燃料电池载具

燃料电池车辆是一种交通工具，其中电能由能量载体氢、低分子醇（甲醇、乙醇）或氨通过燃料电池产生，并通过电力驱动直接转化为运动或暂时存储在驱动电池。 蓄电装置一方面实现能量回收，另一方面减轻燃料电池的负荷变化。 因此，驱动器的结构对应于串联混合驱动器。

这种类型的驱动器不再仅仅被认为是公路车辆的实验性产品，而是尽管存在操作限制，但仍以小批量生产。 加氢站网络仍然薄弱造成了限制。

根据 2011 年的一份报告，燃料电池可以将化学结合的能量直接转化为电能，效率高达 60%。 以这种方式获得的电能储存在牵引电池中，牵引电池还储存通过能量回收回收的制动能量。

电能通过电动机转换回动能。 燃料电池在运行期间为牵引电池充电，因此充当“增程器”以增加电力驱动车辆的续航里程。 由于额外的能量转换，燃料电池车辆的效率低于纯电池电动汽车。

根据 2014 年的假设，纯电动汽车可以实现高达 70-80% 的效率，而燃料电池车辆罐到轮的效率约为 40-50%； 此外，氢的生产也有进一步的损失。

另一方面，燃料电池系统生产的二氧化碳平衡更为有利。 在目前的能源结构和最先进的技术条件下，使用 75 kWh 大电池和 500 公里续航里程的电动汽车电池的生产会产生约 7 吨二氧化碳，而燃料电池车辆则约为 3.3 吨具有相同范围的吨，不包括建设氢基础设施的排放量。

在综合考虑生产成本和运营阶段的总体平衡中，燃料电池车辆的 CO2 平衡比同类电池汽车更差，因为它的效率较低，因此能源消耗显着增加。 这既适用于电流，也适用于纯再生电力组合。

虽然纯电动汽车的电力驱动除了轮胎滚动噪音外几乎没有任何噪音排放，但燃料电池卡车会产生小的额外噪音，主要是由于提供空气的风扇和泵等附加装置。

燃料电池卡车的运行噪音明显低于内燃机车辆。 在纯氢操作下，直接的车辆尾气排放主要由水蒸气或水组成。 因此，这些车辆有助于改善拥挤地区的空气质量。

氢在阳极被氧化，这意味着电子从它那里被夺走。 质子渗透电解质膜并流向阴极。 电解质膜仅对质子具有渗透性，这意味着电子“被迫”通过外部电路（使用缓冲电池或电动机）。

燃料电池有不同的膜系统，具有不同的效率和工作温度范围。 随气流带入的氧气在阴极被还原，这意味着电子（之前从氢气中提取）被添加。 然后带负电的氧离子与质子相遇并反应形成水。 这将关闭电路。 同时释放热量，这是在车辆中。冬天可以取暖，夏天必须用风扇散热。

由碳纤维增强塑料制成的压力罐（350-800 巴）现在用于燃料电池汽车，因为它们可以达到的存储密度足以达到 500 公里以上的续航里程。 在 700 巴时，压缩气体的密度约为液氢的 56%。

低温液态氢（−253 °C，液态 H2）仅在需要大量时使用，例如在燃料电池公共汽车中。 氢气中约 12% 的能量必须用于压缩至 700 巴。 这必须用作转换及被纳入能量平衡。 对于液化，使用 28-46%。 加油类似于用液化气或天然气加油。 如果不定期从车辆或加油站的储罐中取出氢气，则会产生额外的损失。 尽管采用了高质量的绝缘材料，液态氢还是会通过释放阀升温并脱气。

在车辆中储存氢的其他形式，例如由于体积或质量相关的存储密度低，目前（2021 年）未使用金属氢化物存储或 LOHC。

可以使用各种含能物质作为燃料。 为了用于燃料电池，这些必须首先在重整器中化学转化为气态氢。 如果使用甲醇作为燃料，则该燃料电池系统被称为重组甲醇燃料电池（RMFC）。 直接甲醇燃料电池（DMFC）直接使用液态燃料甲醇，但效率较低。

氢气不像煤、石油或天然气那样是一种能源资源。 氢 (H) 由一个质子和一个电子组成。 它以无色、无味、无臭、无毒的气体分子形式存在，由两个原子（H2）组成。 在自然界中，几乎找不到游离形式的它。 它仅以绑定形式存在，例如作为水 (H2O)，在碳氢化合物中——即在石油、天然气、煤和生物质中——或在其他有机化合物中。 氢气是利用能量释放的。

然而，从化石来源生产氢气会产生二氧化碳和各种污染物作为副产品。 在气候保护方面，目标是生产氢气时二氧化碳排放量尽可能少。 对气候更友好的变体是通过使用绿色电力电解水或从可再生原材料中提取生物氢来生产氢气。电解是化合物在电能影响下的分裂。

氢气是一种无碳燃料，因此有助于减少二氧化碳排放。然而，只有当电力来自可再生能源时，氢的这种潜力才能得到充分利用。

电解所需的电力可以从太阳能、风能和水等能源中获得，但这种制氢方式目前并不经济。 因此，目前使用的超过 90% 的氢气是通过使用传统能源组合的化石资源的蒸汽重整生产的。

如果所需的氢气是通过电解产生的电能，燃料电池装载机的整体效率将低于 30%，而纯电动汽车至少为 65%。这意味着使用再生氢电解运行的燃料电池车辆比使用内燃机的传统车辆消耗更少的一次能源，但也是纯电动汽车的两倍多。

2013 年的一项审查发现，氢燃料汽车比电动汽车消耗的燃料多 130%。

此外，氢基础设施作为储能介质是有意义的，可以作为间歇性生产的可再生能源的补充。