油價的上漲與大城市的限購，讓越來越多的消費者開始考慮節(jié)能且政策限制少的電動汽車，在中國，電動汽車搭載的主要是采用鋰離子電池的動力單元，經(jīng)過30年的發(fā)展，鋰離子電池在汽車上的運用已趨于成熟，但受鋰離子電池特性制約，采用鋰離子電池的電動汽車發(fā)展瓶頸也越發(fā)顯現(xiàn)出來。

當(dāng)下，電動汽車常用的三元鋰動力電池能量密度的開拓已近極限，能量密度基本在130~200Wh/kg之間（更先進的采用高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高也只在300Wh/kg左右），正因如此，電動車的“續(xù)航焦慮”尚處于無解狀態(tài)，無論是蔚來的“換電站”構(gòu)想，還是理想制造ONE用燃油發(fā)動機作為增程器，本質(zhì)上都是面對鋰電池“續(xù)航焦慮”的無奈之舉。

鋰離子電池的能量密度瓶頸很難突破

而與此同時，在我們的近鄰日本，已經(jīng)上市銷售的燃料電池汽車開始引發(fā)大家的關(guān)注，這些氫氧燃料電池的理論能量密度已經(jīng)能達(dá)到3000Wh/kg以上，而搭氫氧燃料電池的電動汽車，續(xù)航里程幾乎都在600km以上，而且擴展空間非常大。

本田CLARITY燃料電池汽車

另外，氫氧燃料電池以液態(tài)氫為能源，具有加注快（3-5分鐘）、零排放（僅生成水）等優(yōu)點，而在更高的層面上，氫燃料則能幫助國家擺脫對于石油資源的依賴，所以一直以來，氫氧燃料電池都被譽為“終極能源”。幾年前，汽車行業(yè)曾普遍認(rèn)為：短期內(nèi)氫氧燃料電池技術(shù)還難以突破，鋰離子電池還是動力電池的主導(dǎo)，但在沒想到在這個科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，“未來已來”與其說是一句廣告詞，實則更像是一句警示語。

2014年，當(dāng)大部分國人還將純電動汽車當(dāng)作新事物時，基于在燃料電池成本降低方面取得的突破，豐田便已將實用型產(chǎn)品Mirai投放市場，如今以豐田Mirai、本田Clarity為代表的日本燃料電池技術(shù)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于世界。今年5月，訪問日本的總理在考察豐田公司時，曾一度在Mirai前面色凝重。

那這個能讓豐田這么引以為傲的Mirai究竟有什么獨門秘籍呢？

豐田Mirai

Mirai的動力系統(tǒng)被稱作TFSC（Toyota FC Stack），該系統(tǒng)核心為駕駛艙底部的燃料電池堆棧，兩個高壓儲氫罐像普通車的油箱一樣布置于車輛后橋處。除了燃料電池外Mirai還有一套用來直接驅(qū)動電動機的儲能電池組，后者為鎳氫電池。Mirai的電動機與動力單元則位于車輛前橋處，電動機最大功率113kW，最大輸出扭矩335N·m。

其實，TFSC的工作方式可以簡單的理解為，燃料電池堆棧發(fā)出來的電給儲能電池充電，用儲能電池充當(dāng)“蓄水池”，低工況時，儲能電池為電動機提供電能；當(dāng)車輛處于加速等高工況時，燃料電池堆棧將直接向電動機輸電，跟鎳氫電池組實現(xiàn)雙重供電來滿足需求；當(dāng)車輛制動時，動能回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的電量直接回收到儲能電池里。

所以，從儲能電池到電動機這部分，豐田Mirai與一輛電動汽車其實大同小異，而Mirai的真正核心技術(shù)在于燃料電池堆棧部分——由370片薄片燃料電池組成的堆棧。

不同于內(nèi)燃機中，儲存在燃料中的化學(xué)能經(jīng)歷化學(xué)能——熱能——機械能的轉(zhuǎn)變，在燃料電池薄片中，能量轉(zhuǎn)化過程為化學(xué)能——電能——機械能，這個過程中電能來源于氫氧氣化合反應(yīng)中產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移。

燃料電池工作時，氫氣首先會被供給到燃料電池薄片的陽極側(cè)，氫氣在陽極催化劑層上釋放出電子，電子通過導(dǎo)體形成電流傳遞到陰極，與氧分子結(jié)合；同時，丟失電子的氫氣分子變成一個個質(zhì)子，穿過“電解質(zhì)薄膜”與另一邊的氧分子結(jié)合形成水分子。在整套反應(yīng)中，最重要的角色就是中間的“電解質(zhì)薄膜”，它的神奇之處在于，只有單個的質(zhì)子能夠通過它。而電解質(zhì)薄膜也是燃料電池領(lǐng)域最堅固的技術(shù)壁壘。

除“電解質(zhì)薄膜”外，豐田Mirai上的燃料電池堆棧經(jīng)歷十幾年優(yōu)化，在很多方面形成獨家技術(shù)，如3D立體微流道技術(shù)，該技術(shù)能更好地排出燃料電池的唯一廢料——水，同時更多空氣流入，讓更多氧氣參與陰極反應(yīng)，提高發(fā)電效率。

另外，氫氧燃料電池另一個讓很多小伙伴感到不安的還有車上背負(fù)的儲氫罐，在這方面，豐田將儲氫罐設(shè)計成四層結(jié)構(gòu)，罐體為鋁合金，內(nèi)含塑料內(nèi)膽，包裹碳纖維強化塑料保護層和玻璃纖維保護層，這樣的保護可謂做到了極致（作為一位來自四川的編輯，在老家每天朝夕相處的都是帶天然氣罐的車，好像沒覺得有啥不安全）。

寫在最后

在科幻小說《三體》中，來自外星的文明曾告誡地球人：“生存本來就是一種幸運……人類有了一種幻覺，認(rèn)為生存成了唾手可得的東西，這就是你們失敗的根本原因?！痹谄囯妱踊拇筅厔葜?，我們也難免產(chǎn)生這樣的錯覺，認(rèn)為中國在電動車方面實現(xiàn)彎道超車將是唾手可得般容易，其實，在這場變革中，世界頂尖的車企面臨的壓力更大，它們投入新技術(shù)研發(fā)的財力、精力也更多。