Электромобили на топливных элементах – как это работает?

0
779

Вволю натешившись с классическими аккумуляторными электромобилями и не увидев здесь дальнейших перспектив, разработчики альтернативных силовых установок оказались на перепутье. Наибольшие шансы на успех в соперничестве с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания имеют гибридные транспортные средства.

Однако гибриды, приводимые в движение совместными усилиями электромотора и бензинового либо дизельного двигателя, не решают экологических проблем, поскольку продолжают загрязнять, хотя и в меньшей степени, окружающую среду вредными выбросами. Опять же, иметь на автомобиле сразу два принципиально разных силовых агрегата – удовольствие не только дорогое, но и достаточно трудно реализуемое в техническом плане.

Еще в середине 90-х годов многие автомобильные компании в поисках альтернативы двигателям внутреннего сгорания обратили взор на электромобили с топливными элементами (или ячейками, как их иногда именуют), в которых, в отличие от классических аккумуляторных конструкций, предлагался совершенно иной принцип работы. В чем проблемы электромобилей на аккумуляторных батареях? В малой автономии – не более сотни километров пробега без подзарядки. В неудовлетворительных динамических характеристиках – максимальные скорости, чтобы обеспечить указанный пробег, не должны превышать 80-90 км/ч. В неизбежных 6-8 часах простоя, необходимых для зарядки аккумуляторов. Причина – низкая скрытая энергия аккумуляторов, которая, например, у кислотных батарей не превышает 0,03 кВтч на каждый килограмм веса.

В электромобилях же на топливных элементах электрический ток вырабатывается прямо на борту машины, а “горючим” является водород, чья энергонасыщенность соизмерима с энергией бензина или дизельного топлива и составляет порядка 10 кВтч на каждый килограмм. Следовательно, от “водородных” конструкций можно ожидать и поездки на дальние расстояния, и скорости не хуже обычных автомобилей, и отсутствие технологических пауз, связанных с длительной подзарядкой.

Принцип работы двигателя на топливных элементах

 

В основу работы топливных элементов положен электрохимический процесс, в ходе которого атомы водорода в присутствии катализатора разлагаются на разноименно заряженные ионы и электроны. Топливная ячейка состоит из двух электродов – катода и анода – и полимерной мембраны между ними. Газообразный водород подается на анод и здесь в присутствии катализатора из платины распадается. Мембрана пропускает к катоду только положительные ионы, а электроны в виде полезного электрического тока питают цепь бортовой силовой установки. В процессе участвует кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента и связывает ионы водорода, образуя “выхлоп” – водяной пар, не несущий никакой угрозы окружающей среде.

 

Двигатель на топливных элементах

 

Одна топливная ячейка способна выработать ток напряжением 0,7-0,9 В. Соединенные же в батарею несколько сотен таких ячеек обеспечивают необходимым количеством энергии как тяговый электродвигатель, так и все вспомогательное электрооборудование транспортного средства – фары и фонари, стеклоочистители, магнитолу, контрольные приборы и т.д.

Другая сторона вопроса – в каком виде следует хранить водород на борту электромобиля? Единого мнения на этот счет нет. Одни разработчики полагают, что водород должен быть сжижен, другие – сжат, третьи отдают предпочтение металлогидридным соединениям, четвертые и вовсе считают, что водород лучше всего получать из метанола, этанола, биотоплива или даже бензина. У каждого из этих способов есть и преимущества и недостатки. Самый, казалось бы, очевидный – хранение водорода в жидком виде – требует освоения криогенных технологий, и попытка, скажем, компании Renault в середине 90-х годов решить вопрос в лоб привела к парадоксальным результатам. Renault Fever, построенный на базе Laguna с кузовом “универсал”, пришлось по самую крышу “запаковывать” оборудованием для хранения и переработки водорода. В результате Fever, достигавший 120 км/ч и располагавший более 500 км автономии, чем, кстати, не мог похвастать ни один классический электромобиль, получился, однако, двухместным и не имеющим багажника, что вряд ли могло удовлетворить его создателей.

Тем не менее в сравнительно короткие сроки конструкторам разных компаний удалось уменьшить как размеры комплектующих новых систем получения энергии, так и более эффективно разместить их на электромобилях. И шквал новинок, оснащенных топливными элементами, обрушенный на посетителей крупнейших автомобильных выставок мира за последние пять лет, показывает, что, скорее всего, именно такими будут транспортные средства самого ближайшего будущего.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ