氫燃料電池汽車的設(shè)計(jì)

氫燃料電池汽車的設(shè)計(jì)

氫燃料電池汽車能夠消除汽車使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，且具有效率高、續(xù)駛里程長(zhǎng)和設(shè)計(jì)方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而其成為最具應(yīng)用前景的電動(dòng)汽車類型。氫燃料電池汽車的設(shè)計(jì)主要是對(duì)氫燃料電池的設(shè)計(jì)。氫燃料電池主要包括陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)。陽(yáng)極上以氫燃料作為原料進(jìn)行氧化反應(yīng)，陰極上以氧氣作為原料進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的離子通過(guò)電解質(zhì)遷移。因而，對(duì)燃料電池汽車的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為對(duì)陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)的選擇。

目前常用的陽(yáng)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(jìn)行的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。而電解質(zhì)的選擇則定義了氫燃料電池的類型，常用的電解質(zhì)包括：熔融碳酸鹽、固體氧化物池、磷酸鹽、堿性鹽和質(zhì)子交換膜。由于質(zhì)子交換膜構(gòu)成的質(zhì)子交換膜氫燃料電池能夠在室溫下啟動(dòng)，不存在電解液的流失且具有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的比功率輸出，因而其適合在環(huán)境較為惡劣的汽車上應(yīng)用，質(zhì)子交換膜電解質(zhì)成為了氫燃料電池汽車常用的電解質(zhì)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(shù)、并聯(lián)電池?cái)?shù)、串聯(lián)電池?cái)?shù)，針對(duì)這些值的確定主要借助于商業(yè)化軟件LabView，并需要根據(jù)汽車的功率需求、質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行確定。同時(shí)，還需要確定氫燃料的儲(chǔ)存方式，常用的方式包括冷卻液態(tài)氫存儲(chǔ)和高壓儲(chǔ)氫罐存儲(chǔ)。冷卻液態(tài)氫存儲(chǔ)方式需要明確兩個(gè)方面：一是存在蒸發(fā)逃逸現(xiàn)象，每天約逃逸存儲(chǔ)總量的1%；二是制冷形成液態(tài)氫的過(guò)程，大約消耗這些氫燃料燃燒總熱量的30%。高壓儲(chǔ)氫罐采用纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料，罐體應(yīng)能夠承受超過(guò)70MPa的壓強(qiáng)，以使內(nèi)部存儲(chǔ)的氫燃料密度能夠達(dá)到液態(tài)氫燃料密度的一半，這已成為目前常用的儲(chǔ)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