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加速建设氢时代 现代汽车氢技术解析

作者:碳中和战略合作网  来源: 汽车之家  发布时间:2021-09-08

碳中和战略合作网讯:

 氢,作为化学周期表上排位第一的元素,对于人类来说至关重要。从人们最初接触这种极易燃烧、透明、无味的气体开始,时至今日科学家们已经经历了超过 200 年的探索,通过这漫长的探索,我们对氢的了解也越来越深,尤其是通过化学反应作为能源这一点深受人们的关注。作为燃料,它具有质量轻、发热高以及无污染的特点,因此氢燃料成为大家追捧的热门技术。

在刚开幕的慕尼黑车展期间,在氢技术领域深耕已久的现代汽车集团再次带来关于氢能的未来愿景。
这次他们除了发布了一台全新的氢燃料电池概念车外,还带来了全新一代的氢燃料电池系统和相关氢产品。那么废话少说,我们先从全新一代氢燃料电池系统说起……

伊始 . 氢能源车是如何行驶的?

想要了解全新一代的氢燃料电池系统,我们首先要知道氢燃料电动车是如何行驶的,这对于了解氢燃料电池系统至关重要。

从这个简单的过程可以看出,氢能源车工作有几个重要的部分,一个是 " 发动机 ",一个是氢气的供应,这个过程看似简单,但实现并非易事。

发展 . 氢能源车的 " 发动机 " ——燃料电池堆

我们上面提到的 " 发动机 " 实际上在氢燃料车里有自己专有的名词——燃料电池堆,它是氢燃料汽车的核心。燃料电池堆工作时,车辆自带的储氢罐会提供高压氢气,经过多级降压(一般是两级)后,氢气和空气里的氧气进行化学反应,并产生电能。

以现代现款的 NEXO 为例,它的燃料电池堆是由 440 个单格电池组成,一个单格电池又由电极膜、金属分离板等部分组成。
从理论上看,氢燃料电池系统并不复杂,它就是我们初中化学电解水的逆反应,但其中有很多技术难题。首先是燃料电池堆栈体积过大的问题,小型化一直是这类系统当下追求的重点,第二是质子交换膜的问题,其生产制造都需要很高的技术支持,第三就是复杂工况对系统的影响问题,比如低温启动等等。
最后大家担忧的寿命问题,氢燃料电池系统在使用寿命上确实表现很差,第一代车型的寿命大概只有 3 万公里,直到第二代产品也就是 Nexo 才有所好转,其寿命大概在 16 万公里。

成果 . 氢之日带来的最新系统

在现代氢之日上,现代带来的全新氢燃料电池系统就是继 Nexo 之后的换代技术。整个技术的核心在于对氢燃料电池系统进行了升级。主要表现在下面几个方面:

第一是小型化。相比 Nexo 上搭载的氢燃料电池系统,全新一代的氢燃料电池堆栈在体积上缩小了 30%。

据悉,虽然第三代堆栈有乘用和商用之分,但它们支持相互匹配,比如在现代的规划中,小型客车可能会搭配一台商用车燃料电池堆栈 + 一台乘用车燃料电池堆栈,而对于载货量更大的货车则可能使用两台商用车燃料电池堆栈,总的来说不同功率的氢燃料电池系统如同乐高一般可以随意组装。
第三个也就是最后一个是降低成本。现代采用的方法是通过材料升级来替换原来燃料电池堆栈里面的昂贵材料。其效果对于成本来说是立竿见影的,根据现代的统计,第三代燃料电池堆栈价格相比第二代可以降低 50% 以上,而他们的目标是在 2030 年,让氢燃料电池车媲美纯电动车。如果这两种达到平衡,对于 5 分钟就能完成加氢操作的氢燃料电池车来说无疑更有吸引力。

小结:

现代最早的量产氢燃料电池系统曾搭载在途胜上,当时获得了 2015 年的沃德十佳,不过对于这种过于前卫的技术,消费者并不买单,当时也氢燃料电池版本的途胜也多作为租赁车辆使用;真正让大家了解现代氢燃料技术的是 Nexo,这台车凭借全新的氢燃料电池技术获得了 2019 年的沃德十佳,评委甚至给出了 " 通往未来的时光机器 " 这样个评价。

这次发布的全新一代氢燃料电池系统虽然还处于研发阶段,但从发布的信息和实物来看,全新一代针对之前氢燃料电池系统的痛点都进行了全面的升级和改进,同时随着氢燃料电池系统成本的降低,人们对于这种 " 未来科技 " 的接纳相比会越来越高。当然产品固然重要,基础设施(加氢站、制氢站)更是关键一环,只有保证基础设施的完备,才能更好的存进氢技术的发展。

除了氢技术,概念车也必不可少

对于氢之日来说,仅仅展示氢燃料电池系统的技术显然不够隆重,这不现代还在出行方面玩起来花样,一系列面向未来的氢能移动出行产品集中亮相。

我们先看看充斥着速度与激情的跑车领域。现代展示了以氢能为动力的混动概念跑车 Vision FK。

相比于跑车,其实我更期待氢燃料电池系统用在现代的 WRC 赛车上,我想如果能通过那种 " 勇者游戏 " 来完成氢燃料电池系统的验证可能会更有说服力。

氢燃料电池系统除了排放只有水之外,其实还有一个很大的优点——长续航,这显然对长途运输十分友好。现代汽车自然不会放过这个优势,在商业领域,现代汽车带来了两类产品一个是面对当下的氢燃料电池重卡 XCIENT Fuel Cell;另一个则是面向未来的无人运输概念车。

这个移动平台可以用于各种场景,设计灵感来自于铁路行业的轨道转向架,它可以像轨道转向架一样位于集装箱下方,同时可以实现完全独立的四轮转向。
它可以实现远程自动驾驶,用于消防和救援作业,拥有独立转向系统,可实现原地转向和 " 蟹式 " 行驶 ,并且可以通过安装在车辆外部的无人机传输的图像执行任务,单次充满氢气续航里程可达 450-500km。
目前这个系统可以通过堆叠做到 1 兆瓦级(1 千度电)的功率输出,非常适合当做大型应急电源使用。

写在最后:

在氢技术的积累上,现代汽车表现出足够的远见,无论从研发时间还是技术储备上都渐渐展现出一个成熟车企的底蕴。随着全新一代氢燃料电池系统的推进,可以预见现代汽车将加快推进氢燃料电池车的更新和普及。但不可否认,氢燃料电池系统固然十分重要,但并不是制约氢技术发展的唯一因素,其实整个氢技术产业链的上游才是重中之重,比如加氢站的建设、制氢的问题等,这些需要大量基建和资金以及政策的支持。曾经宣传建设氢社会的日本实际上在近些年也放慢了氢社会建设的脚步,氢基础设施的建设极大地拖慢了氢技术普及的脚步,所以在今天的氢之日上,现代也强调了基建的重要性以及和不同国家合作的意向。总的来说,现代汽车已经看清并坚定了未来发展的脉络,充满美好愿景的氢社会能否实现,让我们一起拭目以待吧!

关键字:   现代汽车 氢技术

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