燃料電池載具

燃料電池車輛是一種交通工具，其中電能由能量載體氫、低分子醇（甲醇、乙醇）或氨通過燃料電池產生，并通過電力驅動直接轉化為運動或暫時存儲在驅動電池。 蓄電裝置一方面實現能量回收，另一方面減輕燃料電池的負荷變化。 因此，驅動器的結構對應于串聯混合驅動器。

這種類型的驅動器不再僅僅被認為是公路車輛的實驗性產品，而是盡管存在操作限制，但仍以小批量生產。 加氫站網絡仍然薄弱造成了限制。

根據 2011 年的一份報告，燃料電池可以將化學結合的能量直接轉化為電能，效率高達 60%。 以這種方式獲得的電能儲存在牽引電池中，牽引電池還儲存通過能量回收回收的制動能量。

電能通過電動機轉換回動能。 燃料電池在運行期間為牽引電池充電，因此充當“增程器”以增加電力驅動車輛的續航里程。 由于額外的能量轉換，燃料電池車輛的效率低于純電池電動汽車。

根據 2014 年的假設，純電動汽車可以實現高達 70-80% 的效率，而燃料電池車輛罐到輪的效率約為 40-50%； 此外，氫的生產也有進一步的損失。

另一方面，燃料電池系統生產的二氧化碳平衡更為有利。 在目前的能源結構和最先進的技術條件下，使用 75 kWh 大電池和 500 公里續航里程的電動汽車電池的生產會產生約 7 噸二氧化碳，而燃料電池車輛則約為 3.3 噸具有相同范圍的噸，不包括建設氫基礎設施的排放量。

在綜合考慮生產成本和運營階段的總體平衡中，燃料電池車輛的 CO2 平衡比同類電池汽車更差，因為它的效率較低，因此能源消耗顯著增加。 這既適用于電流，也適用于純再生電力組合。

雖然純電動汽車的電力驅動除了輪胎滾動噪音外幾乎沒有任何噪音排放，但燃料電池卡車會產生小的額外噪音，主要是由于提供空氣的風扇和泵等附加裝置。

燃料電池卡車的運行噪音明顯低于內燃機車輛。 在純氫操作下，直接的車輛尾氣排放主要由水蒸氣或水組成。 因此，這些車輛有助于改善擁擠地區的空氣質量。

氫在陽極被氧化，這意味著電子從它那里被奪走。 質子滲透電解質膜并流向陰極。 電解質膜僅對質子具有滲透性，這意味著電子“被迫”通過外部電路（使用緩沖電池或電動機）。

燃料電池有不同的膜系統，具有不同的效率和工作溫度范圍。 隨氣流帶入的氧氣在陰極被還原，這意味著電子（之前從氫氣中提取）被添加。 然后帶負電的氧離子與質子相遇并反應形成水。 這將關閉電路。 同時釋放熱量，這是在車輛中。冬天可以取暖，夏天必須用風扇散熱。

由碳纖維增強塑料制成的壓力罐（350-800 巴）現在用于燃料電池汽車，因為它們可以達到的存儲密度足以達到 500 公里以上的續航里程。 在 700 巴時，壓縮氣體的密度約為液氫的 56%。

低溫液態氫（?253 °C，液態 H2）僅在需要大量時使用，例如在燃料電池公共汽車中。 氫氣中約 12% 的能量必須用于壓縮至 700 巴。 這必須用作轉換及被納入能量平衡。 對于液化，使用 28-46%。 加油類似于用液化氣或天然氣加油。 如果不定期從車輛或加油站的儲罐中取出氫氣，則會產生額外的損失。 盡管采用了高質量的絕緣材料，液態氫還是會通過釋放閥升溫并脫氣。

在車輛中儲存氫的其他形式，例如由于體積或質量相關的存儲密度低，目前（2021 年）未使用金屬氫化物存儲或 LOHC。

可以使用各種含能物質作為燃料。 為了用于燃料電池，這些必須首先在重整器中化學轉化為氣態氫。 如果使用甲醇作為燃料，則該燃料電池系統被稱為重組甲醇燃料電池（RMFC）。 直接甲醇燃料電池（DMFC）直接使用液態燃料甲醇，但效率較低。

氫氣不像煤、石油或天然氣那樣是一種能源資源。 氫 (H) 由一個質子和一個電子組成。 它以無色、無味、無臭、無毒的氣體分子形式存在，由兩個原子（H2）組成。 在自然界中，幾乎找不到游離形式的它。 它僅以綁定形式存在，例如作為水 (H2O)，在碳氫化合物中——即在石油、天然氣、煤和生物質中——或在其他有機化合物中。 氫氣是利用能量釋放的。

然而，從化石來源生產氫氣會產生二氧化碳和各種污染物作為副產品。 在氣候保護方面，目標是生產氫氣時二氧化碳排放量盡可能少。 對氣候更友好的變體是通過使用綠色電力電解水或從可再生原材料中提取生物氫來生產氫氣。電解是化合物在電能影響下的分裂。

氫氣是一種無碳燃料，因此有助于減少二氧化碳排放。然而，只有當電力來自可再生能源時，氫的這種潛力才能得到充分利用。

電解所需的電力可以從太陽能、風能和水等能源中獲得，但這種制氫方式目前并不經濟。 因此，目前使用的超過 90% 的氫氣是通過使用傳統能源組合的化石資源的蒸汽重整生產的。

如果所需的氫氣是通過電解產生的電能，燃料電池裝載機的整體效率將低于 30%，而純電動汽車至少為 65%。這意味著使用再生氫電解運行的燃料電池車輛比使用內燃機的傳統車輛消耗更少的一次能源，但也是純電動汽車的兩倍多。

2013 年的一項審查發現，氫燃料汽車比電動汽車消耗的燃料多 130%。

此外，氫基礎設施作為儲能介質是有意義的，可以作為間歇性生產的可再生能源的補充。