氫燃料電池作動機制的基本原理是來自於氫原子與氧原子結合時,利用其過程的電位差來產生電力。但要完成這項電子物理反應是需要較複雜的系統才能達成,不像EV車款僅要單純把電儲進鋰離子電池中即可。
當氫進入電池系統後,首先會接觸到特殊的觸媒,會將氫分離成氫質子及電子,其中氫質子可穿過非常薄的離子交換膜與氧氣結合成水,並產生熱能。而電子無法穿過薄膜,所以就能經由電源線傳到極板上,因而產生直流電源。以電化學原理而言,其實就是電解水的反向化學作用。
所以若是能夠再反向操作,將水電解就能產生源源不絕的動力,這個概念恰好在電影-「回到未來」中有出現過!不過目前的氫燃料電池所能辦到的只有電影情節中一半的概念而已,隨便將碳水化合物(例如:汽水、香蕉、芭樂…等等)丟進DeLorean DMC-12的反應罐就能產生能源的方式,目前還沒有被發明出來。
雖然氫可以從天然氣中大量提煉出來,但是會產生二氧化碳,違背減碳的環保目的,所以大多是用電解水的方式來製造。
不過正因為要利用電解水方式來產生足量的氫氣,是需要非常大的電量,所以並不符合經濟效益,而氫氣本身分子小並且具有高度活性會自燃,所以在壓縮液化的過程中是具有高度危險性的,儲存安全性的考量必須非常嚴格,好比它就不能像天然氣那樣接個長達數公里的管路來進行輸送,而且氫必須保持在-253℃以下才能維持液態,加上壓縮機加壓所需的電費是很驚人的。因此氫氣加氣站到目前為止還無法普遍。
並且鋰離子電池成本越來越低,也讓某些車廠(例如:M-Benz)放棄了氫燃料電力車款的開發。
氫燃料電池較一般純電動車優異的地方,就是加氣僅需不到五分鐘的時間,而EV要從無到充飽電,即使是使用高壓直流電快充,目前也至少需要半小時以上。以全球首部量產FCV-Toyota Mirai為例,僅需3分鐘加氣就能產生將近500km行駛里程的電量。
內燃引擎的新救星:CGON Ezero-1
來自英國的CGON率先將回到未來電影中簡易加氫的方式付諸實現,不過並未使用在氫燃料電池上,而是透過「少量」注入的方式,來改善傳統內燃引擎的燃燒效能,並且可大幅降低排放,來符合節能環保的訴求。因此它可以適用於所有包括兩輪、四輪、汽油以及柴油動力車輛。
氫的能量密度是所有的燃料中最高的,燃燒1kg氫所產生的能量約相當於2.1kg的汽油。而將氫注入燃燒室還有一個附加的好處就是,氫會與氮、碳競爭搶奪氧分子來產生水,所以可以大幅降低NOX氮氧化物與CO/CO2的產生,而且氫氣本身會自燃的物理特性,更是能夠有額外增加動力輸出的好處。
由於Ezero-1所需氫氣的量遠少於氫燃料電池,所以無需安置大型的儲氣筒,僅需在一個大約一個大便當盒尺寸(210x195x65mm)中安置所有所需的裝置,裝置中有一套含一公升儲液桶的小型電解水的設備,可以用來產生所需的氫氣,並且無須大量、高壓的電,接上車輛原本使用的電源就能運作,然後再透過精密的計算將足夠並且安全的氫氣量與油氣混合注入燃燒室。
而且完全不用動到車輛本身的ECU程式,即可達成!其效果可以分別減少微粒數的生成達91.3%,NOX可減少47.9%以及NO2可減少50.6%,減少燃油消耗則可達20%。
CGON執行長西蒙·約翰遜(Simon Johnson)提到:CGON的Ezero技術僅需極低的電流,即可減少碳微粒和NOX的生成來解決排放問題,我們已完成了數百輛車的測試,總體排放量平均減少了80%,同時也為消費者提供了提高燃油效率與動力輸出的附加優勢。
Ezero-1基本款式僅需459英鎊,不到台幣兩萬塊,安裝僅需大約一個小時,所有大部分元件也都使用可回收材質,平時除了加水之外,僅需每6000英里添加CGON專利發明的專用電解液即可(每250ml的花費為5英鎊)。
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