宇宙黑科技：氫燃料電池動力

不加油、不充電、不排放尾氣，唯一排放的廢物是純凈水!會有這樣的車存在嗎?答案是肯定的!豐田Mirai就是這樣一輛車。那么這一切都是如何實現的呢?

前不久豐田正式發售了燃料電池汽車Mirai(譯名：未來)，直接與純電動車進行競爭。“燃料電池”這四個字想必大家或多或少都聽說過，因為這是全世界科學家研究了數十年的技術，始終沒有取得重大的技術突破，至少是沒有誰能夠拿得出成本適合消費級市場的成熟技術。

而在不到一年前，豐田就放出豪言說已經在燃料電池領域取得了技術突破，可以使車用燃料電池的成本從100萬美元降到5萬美元，降幅高達95%!不到一年，豐田便用Mirai兌現了豪言。雖然目前Mirai的價格約合38萬人民幣，但要知道這是首次投放市場的量產燃料電池車。

宇宙黑科技的由來

豐田Mirai的結構與傳統的汽油車或者純電動車都不一樣，如果硬要找出一個類似的結構，可能豐田最暢銷的普銳斯跟Mirai會有著一點點相似的結構吧。

Mirai的動力系統被稱作TFSC(Toyota FC Stack)，即豐田燃料電池堆棧，是以燃料電池堆棧為核心組件的混合動力系統。TFSC沒有傳統的汽油發動機，也沒有變速器，發動機艙內部是電動機和電動機的控制單元。

在駕駛艙底部布置著的燃料電池堆棧是整套系統的核心，本文也將著重點筆墨來對其做出解析。在車身后橋部分放置著一個鎳氫動力電池組和前后兩個高壓儲氫罐，沒錯，沒有油箱和大面積的鋰離子電池，Mirai唯一需要消耗的“燃料”就是氫氣，不用加油也不用充電，加滿5公斤氫氣就可以連續跑上650公里!

而為什么要在題目中說燃料電池是“宇宙黑科技”呢?那是因為氫元素是宇宙中最豐富的成分，氫元素在地球上儲量也是最豐富的，而氫氣在燃料電池中跟空氣中的氧氣結合，排出的唯一“廢物”是純凈水!所以氫燃料電池一直被認為是“外星科技”，是最適合宇宙空間站或者宇宙探測器使用的備用能源之一。

燃料電池工作原理

雖然燃料電池名字里面有“燃料”字樣，同時氫氣也能夠跟氧氣在一起劇烈燃燒，但在燃料電池卻不是利用燃燒來獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學反應過程中的電荷轉移來形成電流的，這一過程最關鍵的技術就是利用特殊的“電解質薄膜”將氫氣拆分，整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以……電解質薄膜也是燃料電池領域最難被攻克的技術壁壘。

因為氫分子體積小，可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在穿越孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過，氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。電解質薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子(正電)和電子、將氧氣拆分成氧離子(負電)和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結合成為純水，是反應的廢物。所以本質來講，整個運行過程就是發電過程。因此Mirai是純電動車，燃料電池堆棧代替的就是厚重且充電效率低下的鋰離子電池組。