氫燃料電池汽車的設(shè)計

氫燃料電池汽車能夠消除汽車使用對環(huán)境產(chǎn)生的影響，且具有效率高、續(xù)駛里程長和設(shè)計方便靈活等優(yōu)點，因而其成為最具應(yīng)用前景的電動汽車類型。氫燃料電池汽車的設(shè)計主要是對氫燃料電池的設(shè)計。氫燃料電池主要包括陽極、陰極和電解質(zhì)。陽極上以氫燃料作為原料進行氧化反應(yīng)，陰極上以氧氣作為原料進行還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的離子通過電解質(zhì)遷移。因而，對燃料電池汽車的設(shè)計轉(zhuǎn)化為對陽極、陰極和電解質(zhì)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(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，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(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)電池數(shù)、串聯(lián)電池數(shù)，針對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(tài)氫存儲和高壓儲氫罐存儲。冷卻液態(tài)氫存儲方式需要明確兩個方面：一是存在蒸發(fā)逃逸現(xiàn)象，每天約逃逸存儲總量的1%；二是制冷形成液態(tài)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(fù)合材料，罐體應(yīng)能夠承受超過70MPa的壓強，以使內(nèi)部存儲的氫燃料密度能夠達到液態(tài)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