氫燃料電池汽車的設計

氫燃料電池汽車的設計

氫燃料電池汽車能夠消除汽車使用對環境產生的影響，且具有效率高、續駛里程長和設計方便靈活等優點，因而其成為最具應用前景的電動汽車類型。氫燃料電池汽車的設計主要是對氫燃料電池的設計。氫燃料電池主要包括陽極、陰極和電解質。陽極上以氫燃料作為原料進行氧化反應，陰極上以氧氣作為原料進行還原反應，反應產生的離子通過電解質遷移。因而，對燃料電池汽車的設計轉化為對陽極、陰極和電解質的選擇。

目前常用的陽極材料為金屬鉑，常用的陰極材料為金屬鎳，這兩者能夠催化電極上進行的氧化反應和還原反應。而電解質的選擇則定義了氫燃料電池的類型，常用的電解質包括：熔融碳酸鹽、固體氧化物池、磷酸鹽、堿性鹽和質子交換膜。由于質子交換膜構成的質子交換膜氫燃料電池能夠在室溫下啟動，不存在電解液的流失且具有較長的使用壽命和較高的比功率輸出，因而其適合在環境較為惡劣的汽車上應用，質子交換膜電解質成為了氫燃料電池汽車常用的電解質類型。

在確定氫燃料電池汽車的電池類型后，還需要確定所需的電壓、電流、電池總數、并聯電池數、串聯電池數，針對這些值的確定主要借助于商業化軟件LabView，并需要根據汽車的功率需求、質量等參數進行確定。同時，還需要確定氫燃料的儲存方式，常用的方式包括冷卻液態氫存儲和高壓儲氫罐存儲。冷卻液態氫存儲方式需要明確兩個方面：一是存在蒸發逃逸現象，每天約逃逸存儲總量的1%；二是制冷形成液態氫的過程，大約消耗這些氫燃料燃燒總熱量的30%。高壓儲氫罐采用纖維增強型復合材料，罐體應能夠承受超過70MPa的壓強，以使內部存儲的氫燃料密度能夠達到液態氫燃料密度的一半，這已成為目前常用的儲氫方式。

刊名：International Advanced Research Journal in Science,Engineering and Technology（英）

刊期：2016年第3期

作者：Eisa Alsakkaf

編譯：李臣