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豐田氫燃料電池之路 對“完美”的執念

發佈時間:2018-07-27 15:43:37  |  來源:河北新聞網  |  作者:   |  責任編輯:科學頻道

如今新能源市場可謂遍地開花,無論是新誕生的品牌還是傳統車企推出的新能源産品,“新能源”這三個字在密集轟炸著我們的汽車生活。我們常説的“新能源”主要是指純電動或是混動車型,對於氫燃料汽車似乎了解並不多。其實氫燃料汽車也許正是新能源發展的最終形式——因為它的反應産物只有水。而在氫燃料電池的研發之路上,豐田汽車再次成為領先者。

(圖片來自網路)

所謂氫燃料電池並不是真的燃燒氫氣,而是電池的一種,只不過原理和我們常説的鋰電池等有本質區別——氫質子穿透質子交換膜與氧分子結合,在催化劑的作用下發生氧化還原反應,而被阻隔在膜外的電子需要繞到電極板兩端,這一過程就産生了電流,同時反應産物只有水。

FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle),即燃料電池電動車的簡稱。其實早在1893年就已經有人提出了氫燃料電池反應原理並實驗證明,但在當時想要應用到汽車領域簡直是天方夜譚。直到1994年,賓士推出了世界上第一款氫燃料電池車NECARI,但高昂的造價成為阻礙氫燃料電池車量産銷售的最大問題。又過了10年,在2015年我們才等來了世界上第一款氫燃料電池量産車豐田Mirai。

為什麼説氫燃料電池也許是汽車“最完美”的動力解決方案呢?通過反應式也可以看出,氫氧在催化劑作用下産生電流和水,電流為汽車提供動能,而水就成為唯一的反應産物,同時能量轉化率高又沒有過多的廢熱産出,真正做到“零排放”。

除此之外氫燃料電池還有很多顯著優勢:氫是世界上最多的元素,氫氣來源極其廣泛並且是可再生資源;轉化效率可超過50%(內燃機轉化效率為10%);電池使用壽命長;加注氫氣的時間短等等。

優勢突出但現階段也有比較明顯的技術壁壘。首先就是氫氣站,想要普及氫燃料電池車必然要大規模建造加氫站,同時氫氣運輸的要求也非常嚴格,這方面的成本比較高;其次就是電池反應堆中的催化劑必須是貴金屬——鉑,暫時沒有其他物質可以替代,同時對氫的純度要求極高(99.99%)。

對於高成本以及技術壁壘,豐田給出了現階段比較高效的解決方案,所以才有Mirai出現,豐田的FCEV之路走了20年,一路風雨終見彩虹。

豐田對於氫燃料電池車的探索從90年代就開始了,到2002年豐田就已經開始在日本、美國限量發售氫燃料電池車“豐田FCH”;2008年針對特定用戶銷售的“Toyota FCHV-adv”,把一次加氫後的最大行駛里程從以往的330km提高到了830km,並且能在零下30度的低溫地帶啟動行駛;第一款量産的氫燃料電池車是“MIRAI”,2014年12月15日在日本正式發售。隨後,氫燃料電池巴士也在今年投入市場。

技術及成本控制上的不斷突破,推動著豐田在氫燃料電池領域20年發展。目前在日本,MIRAI最終補貼完的售價在人民幣26萬元左右,這比氫燃料電池車剛剛起步階段降低了幾十倍。

豐田于2014年12月在日本開始銷售FCEV“MIRAI”,隨後從2015年秋季開始將銷售範圍擴大至美國和歐洲。年産量也從2015年的約700輛,到2016年的約2000輛,再到2017年的約3000輛,每年不斷增長。

Sora擁有極簡且頗富科技感的外觀設計,配置LED頭尾燈組,車頭的Fuel Cell Bus顯示其為燃料電池車的環保身份。Sora還搭載了加速控制系統,在車輛行駛中的超速或突然加速等不當作業系統會主動介入;此外,到站控制系統還可幫助駕駛精確地指引巴士停到正確位置。

今年3月,豐田在日本愛知縣豐田市的元町工廠投入20台由豐田自動織機公司生産的氫燃料電池叉車(FC叉車),同時在元町工廠新建FC叉車專用加氫站。目前,豐田在元町工廠投入的FC叉車達到22台。同時豐田計劃將目前使用的傳統動力叉車全部更換為FC叉車,其中,到2020年左右向元町工廠投入170台~180台FC叉車,其他工廠也將大力導入並使用FC叉車。

豐田提出的目標是,到2020年,使其燃料電池車全球年銷量達到3萬輛以上。其中,在日本的月銷量至少應達到1000輛,年銷量至少應達到1萬多輛。豐田于2014年12月開始在日本發售燃料電池車Mirai,並計劃2017年將該車的年産能提升至3000輛左右;燃料電池巴士方面,豐田計劃2016年開始,以東京為中心引入燃料電池巴士,併為2020年東京奧運會及殘奧會準備100多輛燃料電池巴士。

根據氫能源和燃料電池戰略協會發佈的“氫能源和燃料電池戰略路線圖”(2016年3月22日修訂)的官方目標,到2021年3月之前建設160座加氫站、普及4萬輛FCEV。JHyM基於此目標,將業務期設定為10年,首先把到2022年3月的4年時間裏建設80座加氫站作為第1期目標,力求在之後繼續擴建。

去年10月,豐田開始啟動氫燃料電池車“MIRAI未來”在中國的實證實驗。同時,豐田汽車研發中心(中國)有限公司的加氫站也同時落成。

豐田計劃通過2017-2020年的3年時間,利用“MIRAI未來”針對“中國使用環境下的車輛行駛調查”、“氫燃料品質調查”、“各種品質耐久性評測”等方面進行實證實驗。豐田希望通過本次實證實驗項目,與政府和汽車行業共同摸索、構建“氫能源社會”的各種可能性。

寫在最後:“電動化”是如今汽車行業的發展大方向毫無爭議,而豐田作為先行者和領先者,目前已經擁有非常完整的新能源産品線:包括混合動力車HEV、外插充電式混合動力車PHEV、電動汽車EV、氫燃料電池車FCEV在內的全方位“電動化”的環境技術。同時“2050戰略”更是為豐田FCEV發展定下時間規劃,相信隨著技術的不斷成熟以及國內政策環境的放開,未來FCEV也將會成為中國新能源市場上的主力軍。