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豐田氫燃料動力電池之路 對“完美”的執念

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年08月06日  

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產品,“新能源”這三個字在密集轟炸著我們的汽車生活。我們常說的“新能源”重要是指純電動或是混動車型,關于氫燃料汽車似乎了解并不多。其實氫燃料汽車也許正是新能源發展的最終形式——因為它的反應產物只有水。而在氫燃料動力電池的研發之路上,豐田汽車再次成為領先者。


所謂氫燃料動力電池并不是真的燃燒氫氣,而是電池的一種,只不過原理和我們常說的鋰離子電池等有本質差別——氫質子穿透質子交換膜與氧分子結合,在催化劑的用途下發生氧化還原反應,而被阻隔在膜外的電子要繞到電極板兩端,這一過程就出現了電流,同時反應產物只有水。


FCEV(FuelCellElectricVehicle),即燃料動力電池電動汽車的簡稱。其實早在1893年就已經有人提出了氫燃料動力電池反應原理并實驗證明,但在當時想要應用到汽車領域簡直是天方夜譚。直到1994年,奔馳推出了世界上第一款氫燃料動力電池車NECARI,但高昂的造價成為阻礙氫燃料動力電池車量產銷售的最大問題。又過了10年,在2015年我們才等來了世界上第一款氫燃料動力電池量產車豐田Mirai。


為何說氫燃料動力電池也許是汽車“最完美”的動力解決方法呢?通過反應式也可以看出,氫氧在催化劑用途下出現電流和水,電流為汽車供應動能,而水就成為唯一的反應產物,同時能量轉化率高又沒有過多的廢熱產出,真正做到“零排放”。


除此之外氫燃料動力電池還有很多顯著優勢:氫是世界上最多的元素,氫氣來源極其廣泛并且是可再生資源;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,想要普及氫燃料動力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,暫時沒有其它物質可以替代,同時對氫的純度要求極高(99.99%)。


關于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法,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。


豐田關于氫燃料動力電池車的探索從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動力電池車“豐田FCH”;2008年針對特定用戶銷售的“ToyotaFCHV-adv”,把一次加氫后的最大行駛里程從以往的330km提高到了830km,并且能在零下30度的低溫地帶啟動行駛;第一款量產的氫燃料動力電池車是“MIRAI”,2014年十二月十五日在日本正式發售。隨后,氫燃料動力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動力電池領域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,這比氫燃料動力電池車剛剛起步階段降低了幾十倍。


豐田于2014年十二月在日本開始銷售FCEV“MIRAI”,隨后從2015年秋季開始將銷售范圍擴大至美國和歐洲。年產量也從2015年的約700輛,到2016年的約2000輛,再到2017年的約3000輛,每年不斷上升。


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FuelCellBus顯示其為燃料動力電池車的環保身份。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操作系統會主動介入;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。


今年三月,豐田在日本愛知縣豐田市的元町廠投入20臺由豐田自動織機公司生產的氫燃料動力電池叉車(FC叉車),同時在元町廠新建FC叉車專用加氫站。目前,豐田在元町廠投入的FC叉車達到22臺。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年左右向元町廠投入170臺~180臺FC叉車,其他廠也將大力導入并使用FC叉車。


豐田提出的目標是,到2020年,使其燃料動力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年十二月開始在日本發售燃料動力電池車Mirai,并計劃2017年將該車的年產量提升至3000輛左右;燃料動力電池巴士方面,豐田計劃2016年開始,以東京為中心引入燃料動力電池巴士,并為2020年東京奧運會及殘奧會準備100多輛燃料動力電池巴士。


根據氫能源和燃料動力電池戰略協會公布的“氫能源和燃料動力電池戰略路線圖”(2016年三月二十二日修訂)的官方目標,到2021年三月之前建設160座加氫站、普及4萬輛FCEV。JHyM基于此目標,將業務期設定為10年,首先把到2022年三月的4年時間里建設80座加氫站作為第1期目標,力求在之后繼續擴建。


去年十月,豐田開始啟動氫燃料動力電池車“MIRAI未來”在我國的實證實驗。同時,豐田汽車研發中心(我國)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“我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。


寫在最后:“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產品線:包括混合動力車HEV、外插充電式混合動力車PHEV、電動汽車EV、氫燃料動力電池車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也將會成為我國新能源市場上的主力軍。


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