+7 495 665 08 52

+7 495 508 19 83

Автомобиль на топливных элементах что это


что это, как работает, схема, фото, безопасность,

Водородный автомобиль считается самым экологичным транспортом наряду с электрокарами. Заправка авто на водородном топливе занимает считанные минуты, а «горючего» хватит на 400 км и более. А баллон водорода после использования оставляет после себя полведра чистой воды.

Почему же автомобильные концерны неохотно переходят на этот альтернативный источник энергии? Вопрос в стоимости и производстве этого газа.

В автомобилях с водородным двигателем применяются специальные топливные ячейки. Называются такие авто FCEV, что расшифровывается как Fuel Cell Electric Vehicles - электрокары с топливным элементом вместе батареи. Самая известная модель – это Toyota Mirai. А вообще многие модели есть только в виде концепта, серийно пока выпускается немного экземпляров.

В статье расскажу что это такое — водородный автомобиль, принцип работы и устройство, что такое водородный двигатель, плюсы и минусы авто на водороде, список моделей, ждёт ли будущее эта технология. Обещаю, будет интересно!

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

Риваз и его машина

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

Фото GM Electrovan

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

  1. Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.
  2. Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.
  3. Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

  • Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
  • Огромный потенциал и возможные прибыли.
  • Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
  • Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

Недостатки водородного топлива:

  • Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
  • Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
  • Высокая стоимость автомобиля.
  • Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
  • Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
  • Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

  • Нет вредных выбросов в атмосферу.
  • Водородные двигатели практически не шумят.
  • Быстрая заправка – менее 5 минут.
  • Есть большой потенциал для развития.
  • Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
  • Высокий крутящий момент при начале движения.
  • Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
  • Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
  • Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Опасен ли водород для человека?

Водород очень летуч, а также это легковоспламеняющийся газ, который хранить и перевозить следует предельно аккуратно. Сгорает он тоже довольно быстро. Например, газ в дирижабле «Гинденбург» полностью сгорел за полминуты, поэтому погибло только треть пассажиров.

Когда на дорогах появится большое количество водородных автомобилей, то надо будет ввести новые меры безопасности. Ведь при пробитии бака с водородом и наличием искр рядом газ может загореться. Поэтому в водородных автомобилях баки делают очень прочные, которые даже могут выдержать выстрел из крупнокалиберного пистолета. Поэтому при соблюдении правил безопасности, авто на водороде не опаснее бензиновых и дизельных моделей.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Этот вопрос не совсем правильный, поскольку автомобили на водородных ячейках и электробатарее считаются электромобилями. Всё зависит от того, чем заправляют машину – водородом или электричеством.

Водород в автомобиле применяют в двух вариантах: сжигание топлива в цилиндрах или подзарядка топливных элементов.

Главное отличие водородных топливных ячеек от батарей в том, что они служат очень много лет и не нуждаются в обслуживании. А батарея в электромобиле выходит из строя уже через 5 лет.

Как выглядит батарея в электрокаре

На холоде водородное транспортное средство включится без проблем, а аккумулятор электрического авто может полностью потерять заряд. Стоимость электрокаров дешевле, чем водородного: Toyota Mirai стоит 57 тыс. долл., а Tesla – от 45 тыс. долл. Водородные машины заправляются за считанные минуты, а электрокары – пару часов.

Теперь перейдём к устройству и принципу работы водородного авто, как он обеспечивает работу двигателя?

Как работает водородный автомобиль

Расскажу про то, как устроен автомобиль на примере популярной модели Toyota Mirai.

Не так давно, в 2013 году Тойота представила миру первый в мире серийный водородный автомобиль Mirai, который сам вырабатывает для себя электричество. В нём находится электрический двигатель, который имеет мощность 154 л. с. В Mirai находятся 370 топливных элементов, постоянный ток которых преобразуется в переменный, а напряжение при этом повышается до 650 В. Максимальная скорость Toyota Mirai 175 км/ч. Дополнительный аккумулятор собирает лишнюю энергию, который может при необходимости обеспечить питание небольшого дома. Запас хода этого автомобиля 500 км, а по факту – примерно 350 км. Для сравнения — электрокар Tesla Model S может пройти на одном заряде целых 540 км, но, к сожалению, зарядка занимает целых 1,5 часа.

Попов Андрей Геннадьевич

Автослесарь, стаж работы 19 лет

Задать вопрос

За несколько км пробега автомобиль Mirai вырабатывает стакан дистиллированной воды, которая вполне пригодна к употреблению (она с лёгким привкусом пластика).

А как работает топливный элемент, простыми словами? Автомобиль заправляется водородом. Он смешивается с платиновым катализатором и кислородом в электрохимической системе. В результате этой реакции вырабатывается электрический ток, который питает двигатель и аккумуляторную батарею. В результате реакции образуется вода или пар.

 

Мелехов Алексей Викторович

Автоэлектрик , стаж работы 9 лет

Задать вопрос

Топливные ячейки с протонообменными мембранами сразу же производят энергию, обеспечивают очень высокую мощность и мало нагреваются. Максимальный срок службы водородных ячеек 250 тыс. км пробега, которые при необходимости можно заменить.

А какое устройство и принцип работы водородного двигателя? Для работы применяют роторные ДВС, потому что стандартные поршневые двигатели быстро выходят из строя из-за влияния водорода на смазку и детали ДВС. Из-за высокой разницы между бензином и водородом перевести обычный двигатель непросто, особенно если это делать своими руками. Водород при горении вызывает перегрев клапанов, масла, поршней. Если нагрузку сделать очень высокую, то возникает детонация.

Решили эту задачу заменой чистого водорода на его смесь с бензином. Подача газа уменьшается при повышении крутящего момента, чтобы предотвратить перегрев деталей силового агрегата. Это применяется в таких моделях, как Mazda RX-8 Hydrogen RE и BMW Hydrogen 7, который был выпущен всего в 100 экземплярах. Здесь переключение между 2 типами топлива происходит автоматически. Но, несмотря на успешность эксперимента, всё равно имелись проблемы: сильно падала мощность авто, запаса водорода хватало всего на 200 км, а также из-за наличия бензина автомобиль не был признан экологически чистым.

Mazda RX-8 Hydrogen RE

Зачем в водородных автомобилях платина? Этот дорогой металл использовался в качестве катализатора, цена которого очень высока, что не может не отражаться на стоимости автомобиля. Хотя американские учёные уже создали катализатор на основе углеродных трубок, который стоит в 650 дешевле платины.

Таким образом, механизм работы водородного автомобиля похож на работу электромобилей. Всё дело только в источнике энергии.

Где заправляют водородные автомобили?

К сожалению, заправочных водородных станций в мире совсем мало. В 2018 г. их около 300, половина которых находится в Северной Америке, а другие – в Японии, Германии и Китае.

Кроме этого, существуют домашние и мобильные заправки. Они могут производить около тонны чистого водорода в год. Этого вполне хватит для заправки нескольких автомобилей в день. Топливо производится при помощи гидролиза воды, установку запускают только ночью, чтобы не нагружать электрическую сеть.

Автозаправки бывают 3 типов:

  1. Малые. Они производят около 20 кг водорода в 24 часа. Хватит для полной заправки 5 легковых автомобилей.
  2. Средние. Вырабатывают от 50 до 1250 кг топлива в сутки. Могут в день заправлять 250 стандартных машин или 25 грузовиков.
  3. Промышленные. Производят более 2500 кг чистого водорода. Могут заправлять больше 500 легковушек в сутки.

Заправка состоит из компрессора, диспенсера, системы очистки, электрического лизёра, система хранения водорода. Топливо может производиться как при помощи электролиза воды, так и с помощью паровой конверсии метана.

Для того, чтобы заменить большую сеть бензиновых заправок на водородные, понадобится примерно 1,5 трлн. долларов. А стоимость одной водородной станции обойдётся в 2-3 млн. долл., но окупаемость её быстрее, чем для электрической станции из-за быстрой зарядки.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina h3 Speed

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

  • Audi A7 h-tron quattro;
  • Hyundai Tucson FCEV;
  • Mazda RX-8 Hydrogen RE;
  • Автобус Ford E-450;
  • Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

  • Focus FCV;
  • Honda FCX;
  • Nissan X-TRAIL FCV;
  • Toyota Highlander FCHV;
  • Volkswagen — space up!;
  • Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
  • Irisbus;
  • Toyota FCHV-BUS;
  • единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO2), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.


Сколько раз прочитали статью:
1 088

Есть свое мнение или вопрос по теме статьи? Напиши свой комментарий ниже!

Водородные автомобили - 2020 Руководство Великобритании по автомобилям с топливными элементами

Топливные элементы - это устройства, которые преобразуют химическую энергию (в данном случае водород) непосредственно в электрическую энергию, воду и тепло. В большинстве автомобилей на водородных топливных элементах вместо двигателя внутреннего сгорания создается мощная комбинация топливного элемента и двигателя.

Технология водородных топливных элементов - это область автомобильной промышленности, которая становится все более важной, поскольку все больше производителей обязуются разрабатывать этот тип силовой передачи.

Как и электромобили, электромобили на топливных элементах с водородным двигателем (FCEV) классифицируются как транспортные средства со сверхнизким уровнем выбросов (ULEV), поскольку единственное вещество, которое выходит из выхлопных газов, - это пары воды.

Поскольку большинство FCEV имеют встроенную батарею для временного накопления энергии, они в этом смысле похожи на гибридное электрическое транспортное средство (PHEV), топливный элемент которого выполняет ту же роль, что и небольшой блок сгорания PHEV.

В настоящее время в Великобритании доступны только две модели FCEV - топливный элемент Hyundai ix35 и Toyota Mirai, хотя позднее к 2018 году к ним присоединится топливный элемент Honda Clarity.

Hyundai и Toyota начали создавать свои модели по-разному: топливный элемент ix35 адаптирован к существующему внедорожнику компании ix35, в то время как Mirai изначально разрабатывался как автомобиль на топливных элементах. В этом отношении Honda похожа на Toyota, и ожидается, что новые производители, выходящие на рынок FCEV, последуют этому подходу. Впрочем, вероятно, будет выпущено несколько «конвертированных» моделей, таких как Hyundai, поскольку затраты на разработку значительно меньше, даже если приходится идти на компромиссы в упаковке.

BMW, Audi и Mercedes Benz - это лишь некоторые из компаний, которые разрабатывают модели водородных топливных элементов, поэтому рынок будет постепенно расширяться в течение следующих нескольких лет. До тех пор Toyota, Hyundai и Honda будут оставаться основными лидерами рынка этой технологии, хотя даже небольшие стартапы, такие как Riversimple, с его ультраэффективной Rasa, похоже, будут конкурировать на каком-то уровне.

Нажмите здесь, чтобы найти доступные модели водорода »

Управлять автомобилем на топливных элементах очень просто.Как и с любым полностью электрическим или автоматическим трансмиссией, не нужно беспокоиться о передачах, главное решение - уровень или сила рекуперативного торможения. Поскольку FCEV являются электромобилями, мощность доступна мгновенно, так как все модели массового производства включают аккумулятор в составе силовой передачи. Это должно действовать как буфер и обеспечивать мгновенную мощность от электродвигателя, вместо того, чтобы ждать, пока топливный элемент включится и подает электрический заряд по требованию.

Тем не менее, право собственности не является простым парусным спортом.Существующая инфраструктура заправки водородом (или ее отсутствие) является самым большим препятствием, поскольку в настоящее время в Великобритании имеется менее полудюжины общедоступных заправочных станций. Эта технология более ограничительна, чем покупка электромобиля с аккумулятором, поскольку, по крайней мере, большинство людей имеют доступ к домашней розетке, с помощью которой можно заряжать свой электромобиль. Учитывая, что очень немногие домохозяйства имеют в своем гараже установку для заправки водородом, необходимо жить на удобном расстоянии от общественной станции заправки водородом.

Помимо отсутствия мест, заправка FCEV почти так же проста и быстра, как и использование бензонасоса, и любой, кто пользовался транспортным средством на сжиженном газе, найдет много общего. Водитель фиксирует сопло АЗС на автомобиле и фиксирует его на месте, создавая герметичную систему. Затем насос проверит, может ли уплотнение выдержать давление, предварительно подготовив его, прежде чем приступить к подаче водорода при промышленном стандарте 70 МПа (10000 фунтов на кв. Дюйм), если все в порядке.

Используя современный заправочный дозатор на 70 МПа, заправка в течение нескольких минут обеспечит большинство FCEV пробегом около 300 миль - в отличие от получасовой быстрой зарядки для электромобиля с аккумуляторной батареей, способного проехать около 100 миль. ,Однако обратите внимание на более старые блоки 35 МПа, поскольку они обеспечивают только половину заполнения, что ограничивает дальность движения. После завершения пользователь просто открывает форсунку и заменяет ее в насосе, прежде чем отключать электроэнергию из водородного топливного элемента с нулевым уровнем вредных выбросов.

Найдите станции заправки водородом в Великобритании через Zap Map, нажав на карту ниже.

Основной принцип автомобиля на топливных элементах заключается в том, что топливный элемент используется для проведения электрохимической реакции. «Химический», потому что он включает в себя два химических вещества - в данном случае водород из топливного бака и кислород из воздуха - объединяются, и «электрический», так как электричество также вырабатывается во время реакции.

Топливный элемент подобен электрохимическому элементу (или батарее) в том, что он имеет положительно заряженный вывод - анод - отрицательно заряженный вывод - катод - и между ними находится электролит - в большинстве случаев PEM (протонообменная мембрана) ). Что отличает его от батареи, так это то, что топливный элемент преобразует только энергию (водород в электричество) без необходимости хранить энергию внутри элементов.

Подобно отдельному элементу в батарее, так как топливный элемент сам по себе не вырабатывает огромное количество электричества (обычно несколько вольт), несколько элементов объединяются в «батареи топливных элементов» для генерирования необходимого напряжения.

Внутри батареи топливных элементов водород подается на анод, который, как только он достигает катализатора, разделяется на ионы водорода и электроны. Положительно заряженные ионы водорода затем притягиваются к отрицательно заряженному катоду, но чтобы попасть туда, нужно пройти через PEM, который пропускает только ионы водорода.

Поскольку электролитическая мембрана невосприимчива к электронам, они вынуждены пробираться к катоду через внешнюю цепь и при этом создают электрический ток, который приводит в движение автомобиль или заряжает бортовую батарею.Как только водород достигает другой стороны мембраны, он соединяется с кислородом - взятым из наружного воздуха - и создает воду (H2O), которая выводится через выхлоп.

С точки зрения выбросов выхлопных газов, безусловно, «да», поскольку единственным выбросом от автомобиля с водородным топливным элементом является водяной пар. Поэтому, как и полностью электромобили, FCEV - это технология, которая может быть использована для улучшения качества воздуха.

Что касается выбросов, не связанных с выхлопными трубами, большая часть водорода генерируется с использованием ископаемого топлива (обычно путем преобразования природного газа), хотя все большее количество производится с использованием возобновляемой электроэнергии (посредством электролиза).Хотя чем больше вырабатывается водорода из возобновляемых источников, тем лучше с экологической точки зрения выбросы, образующиеся при производстве водорода (из природного газа), как правило, меньше, чем при сжигании бензина или дизельного топлива в двигателе внутреннего сгорания.

Некоторые эксперты утверждают, что автомобили с водородным топливным элементом в целом менее эффективны по сравнению с электромобилем с аккумуляторной батареей (BEV). Это верно в том смысле, что электричество, получаемое из национальной сети и хранящееся в батарее BEV, включает меньше этапов, чем использование электричества для первого генерирования водорода, который затем используется для генерации электричества в топливном элементе.

Однако, несмотря на то, что затраты на производство топливных элементов остаются высокими (см. Ниже), современные FCEV имеют существенные преимущества в производительности по сравнению с BEV: диапазон большинства FCEV примерно в три раза превышает средний BEV, а время дозаправки значительно короче.

В настоящее время предполагается, что BEV будут использоваться для более короткой и легкой работы - поездок на работу, в магазин или в школу и т. Д. - с FCEV, которые используются для междугородных или тяжелых работ. Технология уже регулярно используется в испытаниях для автобусов и грузовых автомобилей, где зеленые сертификаты сочетаются с высокой мощностью и возможностями дальнего радиуса действия.

Для тех, кого искушает технология топливных элементов, в продаже имеется всего несколько моделей. К сожалению, они остаются дорогими по сравнению с аналогичными по размеру бензиновыми, дизельными или даже аккумуляторными электрическими конкурентами. Например, Toyota Mirai стоит около 60 000 фунтов стерлингов, а Toyota, как ожидается, будет терять деньги с каждой проданной модели. Эта цена включает в себя 4500 фунтов стерлингов Великобритании 1-й автомобильный грант (PiCG), который включает Mirai в качестве приемлемого транспортного средства.

В Великобритании пока невозможно купить FCEV напрямую; Hyundai и Toyota предлагают автомобили только в аренду.Хотя это происходит главным образом из-за ограниченной инфраструктуры заправки, оно также защищает владельцев от любых технических проблем и проблем долговечности, связанных с новой технологией.

Водород продается в килограммах, а не в объеме (в литрах или галлонах), и в настоящее время цены составляют от 10 до 15 фунтов за кг. Поскольку бак Mirai вмещает примерно 5 кг, полная заправка водородом будет стоить от 50 до 75 фунтов стерлингов, а это означает, что водородные FCEVS дороже на расстояние, которое можно проехать, чем как автомобили внутреннего сгорания, так и BEV.Однако в связи с увеличением использования водорода в будущем расходы могут снизиться. Однако производители устраняют эту проблему, включая затраты на топливо в стоимость аренды. Таким образом, вам не нужно ничего платить «на насосе», и все расходы на автомобили оплачиваются в виде единовременной выплаты каждый месяц.

Остальные эксплуатационные расходы автомобиля снова напоминают BEV: затраты на обслуживание значительно меньше, чем у автомобиля внутреннего сгорания из-за уменьшения количества движущихся частей, в то время как расходные материалы, такие как тормозные колодки, используются меньше из-за рекуперации энергии тормоза.FCEV также освобождены от зоны взимания платы за затор в Лондоне и, при отсутствии выбросов CO2, освобождаются от уплаты акцизного сбора с транспортных средств (VED или дорожный налог).

,
Что такое электромобиль на топливных элементах и ​​как он работает? Узнать больше.

Электромобили на топливных элементах: преимущества и недостатки

электромобиль на топливных элементах (FCEV), также известный как автомобиль на топливных элементах (FCV) или автомобиль с нулевой эмиссией. Это тип электрического транспортного средства, в котором используется «технология топливных элементов» для выработки электроэнергии, необходимой для эксплуатации транспортного средства. В этих транспортных средствах химическая энергия топлива преобразуется непосредственно в электрическую энергию. Принцип работы электромобиля с топливным элементом отличается от принципа работы электромобиля с подключаемым модулем.Это связано с тем, что FCEV вырабатывает электроэнергию, необходимую для запуска этого транспортного средства на самом транспортном средстве. Toyota работает над одним таким автомобилем, который называется Toyota Mirai.

Что такое топливный элемент?

Работа топливного элемента (Предоставлено Daimler AG)

Топливный элемент - это устройство, в котором происходит электрохимическая реакция между водородом и кислородом. Основные компоненты топливного элемента включают анод, катод и электролит. В присутствии электролита ионы топлива, то есть ионы водорода, реагируют с ионами кислорода с образованием электричества, водяного пара и тепла.Кроме того, эта реакция происходит только при температуре 80 900 10 0 ° С. Таким образом, другое название этой реакции - «холодное сгорание». Вырабатываемая таким образом электроэнергия приводит в движение электродвигатель, который, в свою очередь, вращает колеса транспортного средства.

Толщина отдельного топливного элемента составляет около двух миллиметров. Но он может генерировать разность потенциалов только в 1 вольт. Таким образом, электромобиль на топливных элементах использует массив из сотен топливных элементов, называемых «батареей топливных элементов».

Основные компоненты электромобиля на топливных элементах (FCEV):
Схема автомобиля на топливных элементах
1.Бак для хранения водорода / топливный бак:

Газообразный водород используется в качестве топлива в электромобилях на топливных элементах. Эти резервуары хранят водород под очень высоким давлением порядка 700 бар.

2. Стек топливных элементов:

Это электростанция этих транспортных средств, где водород из резервуара для хранения и кислород из окружающего воздуха реагируют с образованием электричества.

3. Электродвигатель:

Стек топливных элементов вырабатывает электричество и подает его на электродвигатель.Мотор, в свою очередь, вращает колеса автомобиля.

4. Электрическая батарея:

Функция электрической батареи заключается в накоплении дополнительной электрической энергии, которую генерирует батарея топливных элементов. Затем он подает то же самое, когда транспортное средство нуждается в большем количестве энергии для движения.

5. Модуль управления:

Блок управления контролирует общее энергопотребление автомобиля и, таким образом, регулирует функции батареи топливного элемента, двигателя и аккумулятора для достижения оптимальной производительности.

Преимущества электромобилей на топливных элементах (FCEV):

  1. Транспортные средства с топливными элементами более эффективны по сравнению с любым другим обычным двигателем внутреннего сгорания.
  2. Выбросы выхлопных газов этих транспортных средств содержат только водяной пар и, следовательно, являются экологически чистыми транспортными средствами.

Ограничения для электромобилей на топливных элементах (FCEV):

  1. Хранение водорода под высоким давлением является рискованным делом и может оказаться фатальным в случае столкновения.
  2. Избыточное тепло, выделяемое топливным элементом, трудно обрабатывать, а также снижает производительность в долгосрочной перспективе.
  3. Кроме того, для этого требуется современная инфраструктура, например, автозаправочные станции со сложными возможностями обработки.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь.

Смотрите электромобиль на топливных элементах в действии здесь:

Читайте дальше: Что такое Plug-in Hybrid? >>

О CarBike Tech

CarBikeTech - технический блог в автомобильной сфере. Регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильной технике.

Посмотреть все сообщения CarBike Tech

,

автомобилей на топливных элементах

Будущие автомобили могут работать на топливных элементах. Автомобили с топливными элементами производят только тепло и воду в качестве выбросов и имеют больший запас хода, чем другие электромобили.

Электромобиль Разработчики часто транслируют свои низкие выбросы по сравнению с традиционными автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Большинство автомобилей на топливных элементах могут похвастаться тем, что не производят вредных выбросов - выделяя только воду и тепло. Транспортное средство на топливных элементах по-прежнему является электромобилем (EV), но использует газообразный водород для питания своего электродвигателя.В этих автомобилях вместо батареи используется «топливный элемент», который объединяет водород и кислород и вырабатывает электричество, которое затем приводит в движение двигатель и исключает только загрязнение выхлопной трубы.

Производство водорода, используемого для заправки автомобиля, приводит к некоторому загрязнению парниковыми газами при его приобретении из природного газа, но его использование в автомобилях с топливными элементами значительно снижает общие выбросы выхлопной трубы. Часто рекламируемый как автомобиль будущего с более чистой энергией, многие производители автомобилей, такие как Honda, Mercedes-Benz, Hyundai и Toyota, уже предлагают автомобили на топливных элементах, а другие производители находятся в стадии разработки.В отличие от электромобилей, чьи сложные батареи несут определенные конструктивные ограничения, автомобили на топливных элементах потенциально могут заменить все модели производителя.

Чтобы лучше понять автомобили на водородных топливных элементах, взгляните на их сравнение с обычными ДВС, электромобилями и гибридами с точки зрения заправки и дальности полета, воздействия на окружающую среду и доступности.

Заправка и дальность

Хотя количество заправочных станций в настоящее время ограничено, автомобили на водородных топливных элементах заправляются аналогично автомобилям ICE.Водородные заправочные станции продают водород под давлением, который заправляет автомобиль за считанные минуты. Фактическое время заправки зависит от давления водорода и температуры окружающей среды, но обычно оно составляет менее десяти минут. Другие электромобили перезаряжаются дольше и не достигают того же диапазона, что и обычные автомобили.

Когда заполнено, пробег автомобиля на топливных элементах подобен бензиновым и дизельным автомобилям, проезжая 200-300 миль от полной зарядки. Как и электромобили, они также могут отключить топливный элемент, чтобы сохранить энергию, находясь на светофорах или в пробках.Некоторые модели даже включают рекуперативное торможение, чтобы восстановить потерянную энергию и держать батарею заряженной. Что касается топлива и дальности полета, автомобили на топливных элементах находят благоприятную среду для определенных гибридов, которые работают от батареи и / или мощности двигателя в зависимости от условий вождения. Они улавливают лучшее из ДВС и электромобилей с быстрым пополнением, расширенным диапазоном и энергосберегающими режимами.

К сожалению, столь же привлекательным, как дальний и быстрый звук заправки, количество станций заправки водородом ограничено несколькими крупными городами - почти исключительно в калифорнийских районах Сан-Франциско и Лос-Анджелес.Инфраструктура для зарядки и дозаправки топливных элементов работает для удовлетворения постоянно растущего спроса, но все еще имеет много возможностей наверстать упущенное по сравнению с номерами станций зарядки электромобилей и, тем более, в местах расположения автозаправочных станций.

Это воздействие на окружающую среду

С традиционными автомобилями, электромобилями и автомобилями на топливных элементах остается дискуссия и озабоченность по поводу долгосрочного воздействия на окружающую среду. Автомобили с бензиновым двигателем производят огромное количество выбросов, а аккумуляторов и электромобилей создают заметную площадь при производстве.

Водород, используемый в автомобилях с топливными элементами, в основном получают из природного газа. Природный газ в сочетании с паром высокой температуры и высокого давления образует водород. Этот процесс, получивший название паровой метановой конверсии, дает некоторое количество углекислого газа, но в меньших количествах по сравнению с электромобилями, гибридами и автомобилями, работающими на ископаемом топливе.

Поскольку автомобили с топливными элементами в основном используются в Калифорнии, штат требует, чтобы по крайней мере 33 процента водорода, поступающего в автомобиль, поступало из возобновляемых источников.

Доступность и стимулы

Автомобили с топливными элементами

предлагают много преимуществ с точки зрения эффективности использования топлива и воздействия на окружающую среду. Они быстро заполняются и имеют конкурентоспособный ассортимент автомобилей ICE. Тем не менее, они стоят много денег для аренды или покупки, как и их водородное топливо. Большинство производителей покрывают стоимость топлива в течение ограниченного времени, чтобы помочь компенсировать высокую цену в надежде на то, что стоимость транспортных средств и топлива со временем уменьшится.

В Калифорнии, штате с самой большой, хотя и небольшой, инфраструктурой топливных элементов, были предоставлены стимулы.Начиная с февраля 2016 года, Калифорния предлагала скидки для автомобилей на топливных элементах, если финансирование было доступно. Это было частью государственного стимула для введения более чистых транспортных средств на проезжей части. Чтобы получить скидку, владельцы автомобилей на топливных элементах должны применить свое транспортное средство. Владельцы также могут претендовать на наклейку, дающую им доступ к полосам движения транспортных средств большой вместимости (HOV).

Автомобили с топливными элементами

могут стать практичным автомобилем завтрашнего дня. Хотя стоимость и доступность аккумуляторов зарядных станций в настоящее время сдерживают их спрос, потенциал для широкой доступности и эффективного вождения остается.Они выглядят и работают, как и большинство других автомобилей на дороге - вы не найдете сюрпризов, сидя за рулем - но они предполагают возможность широкого распространения экологически чистой энергии в ближайшем будущем.

,

Смотрите также

тел. (495) 665 08 52

тел. (495) 508 19 83

ооо «автопроект» 2005 - 2019