氫燃料動力電池動力系統(tǒng)的核心技術(shù)：儲氫罐＋燃料動力電池反應(yīng)堆

正如電動汽車當(dāng)中的電池包相同，儲氫罐是用來存儲氫氣的設(shè)備，燃料動力電池反應(yīng)堆是用來把氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化成電能和水的設(shè)備。這兩者加在一起，就構(gòu)成了相當(dāng)于電動汽車的電池包，能夠持續(xù)為電機(jī)和整車電器設(shè)備供應(yīng)電力。

氫燃料動力電池的好處顯而易見，電力轉(zhuǎn)換效率極高，而且過程中十分安靜，也不會要大量散熱。這就是為何豐田mirai僅僅攜帶5kg氫氣就能續(xù)航700公里＋的原因。極大的能量密度和極高的能量轉(zhuǎn)換效率，是氫燃料動力電池最大的特點(diǎn)。燃料動力電池反應(yīng)堆的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜以及催化劑，這些技術(shù)目前重要被歐美大公司所壟斷，在我國并沒有形成太大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。所以反應(yīng)堆被列為核心技術(shù)就很容易理解了，那么儲氣罐為何也是核心技術(shù)呢？

▲采用碳纖維＋復(fù)合材料制造的氫氣儲氣罐

密封和耐久性能的好壞，決定了儲氣罐的性能

就如同一個(gè)大國的裝備制造水平相同，在工業(yè)和民用領(lǐng)域，密封材料的性能也是衡量一個(gè)大國制造業(yè)水平的重要依據(jù)。歐美很多國家關(guān)于高性能密封材料的配方和制造工藝是絕對保密的。這就是為何在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，那些優(yōu)秀性能的剎車系統(tǒng)和汽油柴油直噴發(fā)動機(jī)的燃油共軌系統(tǒng)都來自于歐美供應(yīng)商，因?yàn)樗鼈兊暮诵募夹g(shù)就是密封技術(shù)。

▲氫燃料動力電池儲氣罐的結(jié)構(gòu)

關(guān)于氫燃料動力電池車也是這樣，要想提高續(xù)航里程就要多謝帶氫氣，而能夠儲存氫氣的壓力容器關(guān)于壓力的承受力，就是能夠攜帶氫氣多少的關(guān)鍵。正因?yàn)闅錃獾拿芏群苄?，所以必須?jīng)過壓縮甚至是低溫液化后，儲存在壓力容器當(dāng)中才能獲得足夠的能量密度，容器可承受的壓力越大，單位體積內(nèi)攜帶的氫氣就越多。而容器可承受壓力越大，也意味著對密封性能和抗壓性能的要求越高。豐田mirai在氫氣儲存方面的性能是世界領(lǐng)先的，并且車型已經(jīng)量產(chǎn)，即便這樣，攜帶5kg的氫氣仍然要兩個(gè)很大的儲氣罐，因此占據(jù)了車內(nèi)后部的很多空間，使得整車在造型上有別于傳統(tǒng)電動汽車，車尾高度相對較高。

▲如此巨大的儲氫罐占用了大量空間，并且僅能儲存5kg氫氣

儲氫罐關(guān)于安全性的設(shè)計(jì)有什么？與三元鋰離子電池相比誰更安全？

在整個(gè)燃料動力電池車運(yùn)作的過程中，燃料動力電池反應(yīng)堆是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的場所。它只要源源不斷的供給少量氫氣就可以持續(xù)工作，假如發(fā)生氫氣泄漏或者安全事故，可以迅速切斷供應(yīng)氫氣的路徑來防止氫氣的燃燒。大家都能想到，最有可能影響燃料動力電池車安全性的是儲氣罐。

所以在設(shè)計(jì)儲氣罐時(shí)必須充分考慮安全碰撞問題：一方面儲氣罐的殼體材料要夠輕，另一方面要有足夠的強(qiáng)度用于耐受撞擊。因此，儲氫罐一般都是以成本高昂的碳纖維及其它復(fù)合材料組合而成。但是，我們了解，不管用多么堅(jiān)固的材料制造儲氣罐殼體，也只是在一定的速度條件下，能保障碰撞的安全性。然而實(shí)際道路行駛時(shí)的速度，肯定要遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室做安全碰撞的速度，那么一旦儲氫罐破裂，造成氫氣泄漏與空氣混合在一起是不是就會馬上發(fā)生爆炸呢？

事實(shí)上，在儲氫的設(shè)計(jì)中都考慮到了這一點(diǎn)。正因?yàn)閮涔迌?nèi)部的氫氣壓力很大，所以在儲氣罐上設(shè)計(jì)有緊急泄壓閥，一旦發(fā)生氫氣泄漏或著火，緊急泄壓閥會自動打開并迅速釋放儲氣罐內(nèi)的氫氣。我們了解氫氣的密度比空氣小得多，并且必須與氧氣結(jié)合才能出現(xiàn)燃燒或者爆炸，被高壓釋放的氫氣在靠近儲氣罐的部分由于壓力高流速極快，沒有什么機(jī)會與氧氣接觸，而遠(yuǎn)離儲氣罐的氫氣由于其密度小的特點(diǎn)，又會迅速的在空氣中上升。即便這個(gè)時(shí)候空氣當(dāng)中有明火能夠滿足引燃條件，那么也僅僅只是在空氣上空形成一個(gè)火球，并不會對人員造成傷亡。這種高速釋放氫氣的技術(shù)也同樣被應(yīng)用在加氫站的大型儲氣罐之中。

▲氫燃料動力電池汽車的核心科技

與三元鋰離子電池相比，氫氣儲存過程當(dāng)中的安全性應(yīng)該是更高的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^隔絕氧氣，或者迅速釋放的方式，讓危險(xiǎn)的氫氣迅速逃離人群，某種意義上來講甚至比液態(tài)的汽油更安全。而三元鋰離子電池會隨著時(shí)間的推移電池的老化，有可能在內(nèi)部發(fā)生短路的現(xiàn)象，或者因外力的撞擊導(dǎo)致內(nèi)部的短路自燃。最可怕的是，無論是由內(nèi)而外引發(fā)的自燃還是由外而內(nèi)導(dǎo)致的燃燒，過程中都會釋放大量氧氣，這就意味著即便與空氣隔絕，電池也會越燒越旺。