适用低温环境的氢燃料电池汽车

适用低温环境的氢燃料电池汽车

日本丰田汽车公司（TMC）在1992年开发出了第一辆氢燃料电池汽车，随后对该氢燃料电池汽车进行了不断地改进。2008年又推出了FCHV-adv氢燃料电池汽车，该车在氢燃料效率、续驶里程、耐久性方面取得了较大的成果，但在低温（低于0℃）条件下，FCHV-adv氢燃料电池汽车的输出功率较低，这与氢燃料电池化学反应生成的水不易被排出而造成的。因此，2014年12月TMC又推出了世界上第一辆商业化量产的氢燃料电池汽车，并将其命名为Mirai，与FCHV-adv氢燃料电池汽车相比，其低温下的输出功率得到了显著改善。

在氢燃料电池运行过程中，其阴极发生的化学反应生成水分，当环境温度高于0℃时，这些水分以液态形式存在，并通过阴极内部的流动通道排出；而当环境温度低于0℃时，液态水分凝结成冰，阻碍了水分排出，同时也阻碍了阴极氧气的输送。当水分扩散到阳极时，也可能阻塞阳极内部的流动通道，阻碍阳极氢气的输送，并造成在低温时燃料电池输出功率的下降。对此，通过以下3种方式解决该问题：①减少阴极内部流动通道的初始水含量；②减少氢燃料电池启动期间产生的水分；③增加阴极的水分存储能力。为实现上述3种解决方案，需要对阴极水分含量进行精确测量，同时进行有效清除。Mirai氢燃料电池汽车上采用同频阻抗技术，并利用菲克（Fick）定律进行精确测量，同时通过一个具有微孔的吸水管利用毛细现象进行清除。通过该技术的使用，Mirai氢燃料电池汽车在起动70s后，能够达到氢燃料电池100%的功率输出，而上一代FCHV-adv氢燃料电池汽车在起动100s后，才达到氢燃料电池输出功率的50%。

Tsuyoshi Maruo et al.SAE 2017-01-1189.

编译：王祥