氫燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)的核心技術：儲氫罐＋燃料動力鋰電池反應堆

正如電動汽車當中的電池組相同，儲氫罐是用來存儲氫氣的設備，燃料動力鋰電池反應堆是用來把氫氣和氧氣轉化成電能和水的設備。這兩者加在一起，就構成了相當于電動汽車的電池組，能夠繼續(xù)為電機和整車電器設備供應電力。

氫燃料動力鋰電池的好處顯而易見，電力轉換效率極高，而且過程中十分靜謐，也不會要大量散熱。這就是為甚么豐田mirai僅僅攜帶5kg氫氣就能續(xù)航700公里＋的原由。極大的能量密度和極高的能量轉換效率，是氫燃料動力鋰電池最大的特點。燃料動力鋰電池反應堆的核心技術是質子交換膜以及催化劑，這些技術目前緊要被歐美大公司所壟斷，在我國并沒有形成太大規(guī)模的產業(yè)化。所以反應堆被列為核心技術就很容易理解了，那么儲氣罐為甚么也是核心技術呢？

▲采用碳纖維＋復合材料制造的氫氣儲氣罐

密封和耐久性能的好壞，決定了儲氣罐的性能

就如同一個大國的裝備制造水平相同，在工業(yè)和民用范疇，密封材料的性能也是掂量一個大國制造業(yè)水平的緊要根據(jù)。歐美很多國家有關高性能密封材料的配方和制造工藝是絕對保密的。這就是為甚么在傳統(tǒng)汽車范疇，那些優(yōu)秀性能的剎車系統(tǒng)和汽油柴油直噴射動機的燃油共軌系統(tǒng)都來自于歐美供應商，因為它們的核心技術就是密封技術。

▲氫燃料動力鋰電池儲氣罐的結構

有關氫燃料動力鋰電池車也是這樣，要想提高續(xù)航里程就要多謝帶氫氣，而能夠儲存氫氣的壓力容器有關壓力的承受力，就是能夠攜帶氫氣多少的關鍵。正因為氫氣的密度很小，所以非得經(jīng)過壓縮甚至是低溫液化后，儲存在壓力容器當中才能獲得足夠的能量密度，容器可承受的壓力越大，單位體積內攜帶的氫氣就越多。而容器可承受壓力越大，也意味著對密封性能和抗壓性能的要求越高。豐田mirai在氫氣儲存方面的性能是世界領先的，并且車型已經(jīng)量產，即便這樣，攜帶5kg的氫氣依然要兩個很大的儲氣罐，因此占據(jù)了車內后部的很多空間，使得整車在造型上有別于傳統(tǒng)電動汽車，車尾高度相對較高。

▲如此巨大的儲氫罐占用了大量空間，并且僅能儲存5kg氫氣

儲氫罐有關安全性的設計有什么？與三元鋰離子電池相比誰更安全？

在整個燃料動力鋰電池車運作的過程中，燃料動力鋰電池反應堆是一個化學反應的場所。它只要源源不斷的供給少量氫氣就可以繼續(xù)工作，倘若發(fā)生氫氣泄漏或者安全事故，可以迅速切斷供應氫氣的路徑來戒備氫氣的燃燒。大家都能想到，最有可能影響燃料動力鋰電池車安全性的是儲氣罐。

所以在設計儲氣罐時非得充足考慮安全碰撞問題：一方面儲氣罐的殼體材料要夠輕，另一方面要有足夠的強度用于耐受撞擊。因此，儲氫罐一般都是以成本高昂的碳纖維及其它復合材料組合而成。但是，我們了解，不管用多么堅固的材料制造儲氣罐殼體，也只是在一定的速度條件下，能保障碰撞的安全性。然而實際道路行駛時的速度，肯定要遠高于試驗室做安全碰撞的速度，那么一旦儲氫罐破碎，造成氫氣泄漏與空氣混合在一起是否就會馬上發(fā)生爆炸呢？

事實上，在儲氫的設計中都考慮到了這一點。正因為儲氫罐內部的氫氣壓力很大，所以在儲氣罐上設計有緊急泄壓閥，一旦發(fā)生氫氣泄漏或著火，緊急泄壓閥會自動打開并迅速釋放儲氣罐內的氫氣。我們了解氫氣的密度比空氣小得多，并且非得與氧氣結合才能出現(xiàn)燃燒或者爆炸，被高壓釋放的氫氣在靠近儲氣罐的部分由于壓力高流速極快，沒有什么機會與氧氣接觸，而遠離儲氣罐的氫氣由于其密度小的特點，又會迅速的在空氣中上升。即便這個時候空氣當中有明火能夠滿足引燃條件，那么也僅僅只是在空氣上空形成一個火球，并不會對人員造成傷亡。這種高速釋放氫氣的技術也同樣被使用在加氫站的大型儲氣罐之中。

▲氫燃料動力鋰電池汽車的核心科技

與三元鋰離子電池相比，氫氣儲存過程當中的安全性應當是更高的，因為可以通過隔絕氧氣，或者迅速釋放的方式，讓危險的氫氣迅速逃離人群，某種意義上來講甚至比液態(tài)的汽油更安全。而三元鋰離子電池會隨著時間的推移電池的老化，有可能在內部發(fā)生短路的現(xiàn)象，或者因外力的撞擊導致內部的短路自燃。最可怕的是，無論是由內而外引發(fā)的自燃還是由外而內導致的燃燒，過程中都會釋放大量氧氣，這就意味著即便與空氣隔絕，電池也會越燒越旺。