適用低溫環境的氫燃料電池汽車

適用低溫環境的氫燃料電池汽車

日本豐田汽車公司（TMC）在1992年開發出了第一輛氫燃料電池汽車，隨后對該氫燃料電池汽車進行了不斷地改進。2008年又推出了FCHV-adv氫燃料電池汽車，該車在氫燃料效率、續駛里程、耐久性方面取得了較大的成果，但在低溫（低于0℃）條件下，FCHV-adv氫燃料電池汽車的輸出功率較低，這與氫燃料電池化學反應生成的水不易被排出而造成的。因此，2014年12月TMC又推出了世界上第一輛商業化量產的氫燃料電池汽車，并將其命名為Mirai，與FCHV-adv氫燃料電池汽車相比，其低溫下的輸出功率得到了顯著改善。

在氫燃料電池運行過程中，其陰極發生的化學反應生成水分，當環境溫度高于0℃時，這些水分以液態形式存在，并通過陰極內部的流動通道排出；而當環境溫度低于0℃時，液態水分凝結成冰，阻礙了水分排出，同時也阻礙了陰極氧氣的輸送。當水分擴散到陽極時，也可能阻塞陽極內部的流動通道，阻礙陽極氫氣的輸送，并造成在低溫時燃料電池輸出功率的下降。對此，通過以下3種方式解決該問題：①減少陰極內部流動通道的初始水含量；②減少氫燃料電池啟動期間產生的水分；③增加陰極的水分存儲能力。為實現上述3種解決方案，需要對陰極水分含量進行精確測量，同時進行有效清除。Mirai氫燃料電池汽車上采用同頻阻抗技術，并利用菲克（Fick）定律進行精確測量，同時通過一個具有微孔的吸水管利用毛細現象進行清除。通過該技術的使用，Mirai氫燃料電池汽車在起動70s后，能夠達到氫燃料電池100%的功率輸出，而上一代FCHV-adv氫燃料電池汽車在起動100s后，才達到氫燃料電池輸出功率的50%。

Tsuyoshi Maruo et al.SAE 2017-01-1189.

編譯：王祥