適用低溫環(huán)境的氫燃料電池汽車

日本豐田汽車公司（TMC）在1992年開發(fā)出了第一輛氫燃料電池汽車，隨后對該氫燃料電池汽車進(jìn)行了不斷地改進(jìn)。2008年又推出了FCHV-adv氫燃料電池汽車，該車在氫燃料效率、續(xù)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，F(xiàn)CHV-adv氫燃料電池汽車的輸出功率較低，這與氫燃料電池化學(xué)反應(yīng)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(yè)化量產(chǎn)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(yùn)行過程中，其陰極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)生成水分，當(dāng)環(huán)境溫度高于0℃時，這些水分以液態(tài)形式存在，并通過陰極內(nèi)部的流動通道排出；而當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時，液態(tài)水分凝結(jié)成冰，阻礙了水分排出，同時也阻礙了陰極氧氣的輸送。當(dāng)水分?jǐn)U散到陽極時，也可能阻塞陽極內(nèi)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(nèi)部流動通道的初始水含量；②減少氫燃料電池啟動期間產(chǎn)生的水分；③增加陰極的水分存儲能力。為實(shí)現(xiàn)上述3種解決方案，需要對陰極水分含量進(jìn)行精確測量，同時進(jìn)行有效清除。Mirai氫燃料電池汽車上采用同頻阻抗技術(shù)，并利用菲克（Fick）定律進(jìn)行精確測量，同時通過一個具有微孔的吸水管利用毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)行清除。通過該技術(shù)的使用，Mirai氫燃料電池汽車在起動70s后，能夠達(dá)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(dá)到氫燃料電池輸出功率的50%。

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

編譯：王祥