丰田Mirai的“储能单元”——GMAT补习班罐

石油是一种不可再生资源。初中时，地理老师曾经说过，地球上现有的石油资源只能在2050年使用。同样在初中时，一位化学老师曾说过，氢气是一种清洁燃料，易于生产。如果氢能取代石油，地球将真正可持续发展。 GMAT补习班

这个问题我初中的时候就想过，自然很多科学家都解决了。韩国现代最先将氢能应用于汽车领域，但让人们熟悉这项技术的是日本丰田。

丰田 Mirai 是丰田于 2014 年推出的第一款氢燃料电池汽车。Mirai 是“未来”的罗马拼写。与传统的汽油车相比，丰田Mirai的工作原理更加简单。

车辆大致可以分为三部分。前部为“驱动单元”，车身中部为“生产单元”，车身中后部为“储能单元”。

车辆行驶时，车辆前部的进气格栅将空气（氧气）引入燃料电池“能量单元”，氢气也从“能量储存单元”转移到“能量单位”。在这里，氢和氧发生氧化反应，产生电、热和水。电能被传送到驱动车轮的“驱动单元”，多余的电能被传送到车辆的后部并储存在储能电池中。热能用于维持反应温度，多余的热量通过冷却消散。水通过排水管排出。

丰田未来的“储能单元”不仅有储能电池，最重要的还是储氢罐。一共有两个储氢罐丰田mirai储氢罐，分别位于后桥的前后。总容量122.4L，压力可达70Mpa（国内储氢设备一般为35Mpa）。续航里程可达600km-700km，加氢就像加油一样轻松3分钟。

对于氢燃料，人们首先想到的是“易燃易爆”。丰田Mirai的储氢罐采用三层设计，最里面的高分子材料不与氢气发生反应。中间层由热塑性碳纤维增强塑料制成。最外层由玻璃纤维高分子材料混合材料制成。储氢罐能抵抗轻武器的攻击，强度高，制造成本高。

氢气的爆炸极限为4%~75.6%，低于此浓度或高于此浓度，即使着火也不会爆炸。为了避免这个浓度范围，丰田Mirai的储氢罐配备了一个易于使用的泄压阀，当车辆发生火灾时，该阀将快速排出储氢罐中的氢气。

发展障碍

氢燃料电池确实为汽车行业找到了“新能源”，但其发展也存在诸多障碍。

障碍1：氢的来源

虽然电动汽车正在宣传自己是零排放和无污染的，但其背后的火力发电站正在消耗煤炭等不可再生资源。而氢燃料电池汽车今天也面临着这个问题。虽然我们在初中就学会了电解水制氢，但大规模电解水制氢的成本很高。目前，制氢方法仍需使用矿产、石油等不可再生资源生产。要获得更纯的氢气丰田mirai储氢罐，还需要等待光电制氢技术的改进。

第二个障碍：高成本

Toyota Mirai 在日本售价为 741 万日元，折合人民币约 46 万元。除了研发成本外，车辆的制造成本也非常昂贵。除了上述碳纤维+复合储氢罐，燃料电池电堆还需要一种贵金属——铂。每辆丰田Mirai需要大约15g铂金，其他氢燃料电池汽车也需要大约20g-50g铂金，全球铂金矿总量约150t。只有找到更经济的材料替代品，氢燃料电池汽车才能普及。

障碍 3：需要验证安全性

虽然丰田Mirai的储氢罐拥有多项安全技术，但其稳定性仍有待商榷。氢气是一种极易反应的气体，这也是氢气没有被广泛用作燃料的原因之一。目前，没有第三方机构测试过丰田Mirai的碰撞安全性。如果要普及到燃油车的水平，即使不提高安全性也不能倒退。

氢能潜力无限

与汽油车相比，氢燃料电池汽车实现了零排放。与电动汽车相比，氢燃料电池的报废电池污染更小，加注速度更快。氢能不仅对汽车具有变革意义，而且在全球工业发展和能源体系中发挥着至关重要的作用。如果有一天人类能够完全掌握氢能的使用，它将实现真正的可持续发展。