Jak działa samochód zasilany wodorem?

Jak działa samochód zasilany wodorem?

Dodano: 1
Nowa Toyota Mirai
Nowa Toyota Mirai / Źródło: Toyota
W przyszłości auta będą elektryczne: na baterie lub ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Jak działa ta druga technologia? Pokazujemy to na podstawie Toyoty Mirai, pierwszego auta na wodór sprzedawanego masowo na rynku.

O tym, że wodór jest paliwem przyszłości powiedział w rozmowie z naszym redaktorem naczelnym Człowiek Roku „Wprost” 2020 Daniel Obajtek, prezes PKN Orlen. Biznesmen wyjawił, że nie ma wątpliwości, że za kilka lat na stacjach zarządzanej przez niego firmy będą auta, które nie będą tankować benzyny ani ropy, ale właśnie wodór. Dodał, że Orlen jest przygotowany na tę rewolucję i zamierza wziąć w niej udział.

Tymczasem, skoro na Orlenach mają tankować auta na wodór, to postanowiliśmy pokazać takie auta (na przykładzie Toyoty Mirai drugiej generacji, która jest pierwszym masowym autem z ogniwami paliwowymi) oraz wyjaśnić, jak działają, bo wodór wciąż budzi wiele kontrowersji.

Wodór, często nazywany paliwem przyszłości, już niedługo może napędzać większość naszych samochodów. Ogromną zaletą pojazdów zasilanych wodorem jest to, że nie produkują żadnych zanieczyszczeń, a jednocześnie nie wymagają wielogodzinnego ładowania akumulatorów, gdyż zbiorniki wodoru tankuje się w 3 minuty.

Wodór to nie paliwo

Motoryzacja oparta na wodorze jest faktem już dziś, bo po drogach jeżdżą już pierwsze takie samochody i autobusy. Nazywanie wodoru paliwem jest jednak nieprecyzyjne, ponieważ nie jest on spalany w silnikach, a zużywany w ogniwach paliwowych.

Samochód wodorowy, taki jak produkowany seryjnie sedan Toyota Mirai, to w istocie pojazd elektryczny – koła są w nim poruszane przez silnik elektryczny. Prądu dla tego silnika dostarcza zestaw ogniw paliwowych, w których wodór dostarczany ze zbiorników auta nie jest spalany, lecz łączy się „na zimno” z tlenem z powietrza.

Jest to możliwe dzięki obecności odpowiednich katalizatorów i specjalnej membrany, rozdzielającej wodór i tlen. Membrana ta nie przepuszcza atomów wodoru, ale przepuszcza ich pozbawione elektronów jądra – dodatnio naładowane protony. Dodatnie jony wodorowe łączą się z ujemnymi jonami tlenu, tworząc cząsteczki wody. Elektrony z atomów wodoru, niosące ładunek ujemny, mogą się przedostać na drugą stronę membrany jedynie okrężną drogą, poprzez obwód elektryczny, w którym dzięki temu płynie prąd wykorzystywany do zasilania silnika. Jedynym produktem ubocznym tej reakcji jest czysta para wodna.

Nie tylko ogniwa tworzą układ

Brzmi bardzo prosto, choć w rzeczywistości układ jest bardziej skomplikowany, bo oprócz ogniw paliwowych, które same w sobie są wysoce wyrafinowane, są jeszcze wykonane z lotniczych kompozytów zbrojonych włóknem węglowym i szklanym wysokociśnieniowe zbiorniki, mieszczące 5 kg wodoru pod ciśnieniem 700 barów, a także przemyślna elektronika.

Obejmuje ona przetwornicę, podwyższającą napięcie stałe uzyskane z ogniw do 650 V, oraz sterownik mocy, który zamienia prąd stały na trójfazowy prąd przemienny o regulowanych przez komputer parametrach (częstotliwości i napięciu), od których zależy prędkość i moment obrotowy silnika elektrycznego.

Dodatkowo, aby zmniejszyć zużycie wodoru, zastosowano system odzyskiwania energii podczas hamowania – silnik elektryczny pełni wtedy rolę generatora, a wytworzony w ten sposób prąd gromadzony jest w akumulatorze o dużej pojemności i używany później podczas ruszania czy przyspieszania, analogicznie jak w samochodach hybrydowych.

Nowy zestaw ogniw paliwowych

Zestaw ogniw paliwowych Toyoty do nowego Mirai oraz konwerter FCPC (fuel cell power converter) zostały opracowane specjalnie z myślą o montażu na platformie GA-L. Inżynierowie umieścili w jednej zwartej obudowie wszystkie elementy zestawu ogniw paliwowych – pompy wody, intercooler, klimatyzator, kompresory powietrza i pompę recyrkulacji wodoru.

W ogniwach paliwowych użyto polimeru w stanie stałym, tak jak w poprzednim modelu. Zestaw jest mniejszy i użyto w nim mniej ogniw (330 zamiast 370). Mimo to jego maksymalna moc wzrosła ze 114 kW do 128 kW. Było to możliwe dzięki większej gęstości mocy, która wzrosła z 3,1 kW/l do 5,4 kW/l (z wyjątkiem krańcowych ogniw). Toyota poprawiła także odporność napędu na niskie temperatury powietrza.

Akumulator mniejszy i wydajniejszy

Nowy Mirai jest wyposażony w wysokonapięciowy akumulator litowo-jonowy, który zastąpił baterię niklowo-wodorkową. Nowa bateria jest mniejsza, bardziej energooszczędna i wydajna oraz bardziej ekologiczna. Zawiera 84 ogniwa, a jej napięcie znamionowe wzrosło do 310,8 V z 244,8 V, zaś pojemność wynosi 4.0 Ah (pojemność baterii w Mirai pierwszej generacji to 6,5 Ah). Całkowita masa akumulatora została zmniejszona z 46,9 do 44,6 kg. Moc wzrosła z 25,5 kW x 10 sekund do 31,5ekW x 10 sekund.

Czytaj też:
Apple wybierze Hyundai’a jako dostawcę swojego iCara?

Galeria:
Nowa Toyota Mirai
Źródło: TMP
 1

Czytaj także