氫發動機仍然是汽車行業未來的賭注之一。 它的運作賦予了它一系列優勢，儘管失敗了，但仍能維持下去。 為此，豐田、寶馬、馬自達、現代、福特等品牌紛紛在這項技術上投入巨資。 使用氫的發動機包括內燃機和燃料電池轉換發動機。 很多人不知道 氫發動機是如何工作的 以及各自的優缺點。
出於這個原因，我們將在這篇文章中專門向您介紹分步式氫發動機的工作原理、它的特性以及它對汽車世界的重要性。
氫內燃機是如何工作的？
這些發動機使用氫氣作為汽油。 也就是說，他們在燃燒室中燃燒它以產生爆炸（動能和熱量）。 為此原因， 除 LPG 或 CNG 外，傳統的汽油發動機還可用於燃燒氫氣。
該發動機的操作與汽油發動機的操作非常相似。 氫氣用作燃料，氧氣用作氧化劑。 化學反應由火花引發，火花塞可以產生火花。 氫沒有碳原子， 所以反應是兩個氫分子與一個氧分子結合，釋放能量和水。
其化學反應的結果只是水蒸氣。 然而，氫內燃機在其運行過程中確實會產生一些排放物。 例如，來自空氣的少量 NOx 和來自燃燒室的熱量，或通過活塞環燃燒一些油產生的排放。
由於氫氣是一種氣體，它儲存在一個壓力為 700 bar 的罐中。 這比普通汽車輪胎壓力高 350 到 280 倍。 （2 到 2,5 巴）。 儘管也有汽車在非常低的溫度下以液態形式儲存氫氣，如下所示。
與傳統的內燃機相比，氫內燃機提供了一些有趣的優勢。 例如，他們理論上可以使用非常精細的混合物（Lambda 接近 2）。 也就是說，它們可以使用很少的燃料來使用所有進入的空氣並變得非常高效。
氫燃燒發動機如何工作的示例
氫發動機的一個很好的例子是寶馬 750hl，它於 2000 年上市。雖然它實際上是寶馬汽油發動機，但它也能夠燃燒氫氣。
然而，它有幾個缺點：首先，它以液態形式儲存氫氣。 這需要一個非常昂貴的坦克，由來自 航空航天部門將其溫度保持在-250ºC以下. 這只能在 12 到 14 天內實現，在此期間氫氣會逐漸蒸發並安全地釋放到大氣中。 第二個缺點是使用氫氣會損失大量動力和效率。 後來從 7 年推出的 BMW Hydrogen 2005 部分解決了這些問題，並將氫氣壓力提高到 700 bar，而無需保持低溫。
另一個很好的例子是 Aquarius 氫發動機。 由一家以色列公司開發的適合使用氫氣的化石燃料發動機。 第一個功能版本於 2014 年推出，此後出現了修訂和改進的版本。 據其開發人員稱，它可以在沒有潤滑油的情況下工作，並且具有 用於減少氮氧化物排放的氣體交換系統。
此外，氫內燃機重量輕，零件少，生產成本低。 它可以用作電動汽車的增程器或網絡的發電機。
氫燃料電池發動機是如何工作的？
它的全稱是燃料電池轉換的氫發動機。 儘管有“燃料”這個詞，但它們並不燃燒氫氣。 他們用它通過電解的逆過程發電。 這就是為什麼他們攜帶電池進行化學反應，例如在氫燃燒發動機中，其中 氫氣儲存在壓力為 700 bar 的罐中.
只是它沒有將其饋送到電機，而是通過陽極和陰極（如電池）進入燃料電池。 一旦到達那裡，氫氣 (H2) 就會穿過膜並將其分解成兩個氫離子。 氫和兩個自由電子。 這些電子通過外部電路從電池的陽極傳遞到陰極，從而產生電流。 產生的氫離子與空氣中的氧氣結合形成水。
為此，氫燃料電池發動機是零排放的， 因為它不會產生 NOx 或像內燃機一樣燃燒油時產生的氣體。 這些發動機中使用的隔膜由鉑製成，價格昂貴。 然而，有一些工作可以解決這個高成本問題。 例如，在柏林工業大學，他們開發了一種鐵合金，如果投入生產，可以大大降低成本。
氫發動機的缺點
- 用於化學反應的催化劑 氫燃料電池發動機由昂貴的材料製成，例如鉑。 至少在它被更便宜的替代品取代之前，就像柏林工業大學提到的那樣。
- 要獲得氫氣，必須通過化石燃料的熱化學過程或通過電解水來完成，這需要消耗能源。 氫發動機的主要批評，因為電力可以直接存儲在電動汽車的電池中使用。
- 得到氫氣後， 必須被引入細胞或壓力罐。 這個過程還需要額外的能量消耗。
- 氫電池的生產成本很高，並且必須非常耐用，才能承受必須儲存氫的高壓。
氫發動機的優點
- 氫電池比電動汽車電池更輕。 這就是為什麼它在重型運輸中的使用正在被研究作為電池電動卡車的替代品。 為了能夠覆蓋很遠的距離，它們非常重。
- 今天，給氫氣充電比給電動汽車電池充電更快。
- 與純電動汽車不同，氫燃料電池汽車不需要大型電池。 因此，它需要較少的鋰或其他可能供不應求的材料。 氫內燃機不直接需要鋰電池或其他類似電池。
- 燃料電池可以延長汽車的使用壽命。 與電池不同，電池因其尺寸和容量而更換起來很昂貴。 與氫發動機相關的電池更小，因此更換成本更低。
- 與化石燃料發動機相比，氫燃料電池發動機使用電動機，因此非常安靜。
自治權
氫發動機的缺點是它們的油箱或燃料電池必須在非常高的壓力下包含氫氣。 因此， 供應點還必須符合其支持的 700 巴壓力.
這需要建立一個供應基礎設施，以便能夠為這種類型的車輛加油。 也就是說，它與純電動汽車有同樣的問題。 但是，加油操作比這些快得多，因為它與 LPG 或 GLC 車輛相同。
目前配備氫燃料電池發動機的汽車的續航里程與汽油相似。 例如， 豐田 Mirai 宣布 650 公里的電池充滿，現代 Nexo 為 756 公里，寶馬 iX5 Hydrogen 為 700 公里。
像 Hopium Machina 這樣的其他車型已經宣布了 1.000 公里的射程，儘管這個數字現在必須在它發生時得到確認。 無論如何，自主性並不像電池那麼重要，因為加油要快得多。 要記住的是燃料點的數量。
他們安全嗎？
多年來，品牌一直在研究這種類型的發動機，以提高效率、降低成本，當然，還要使它們與使用化石燃料的發動機一樣安全。
此外，歐洲、美國和日本所要求的安全標準是氫動力汽車安全的保障。 不用說，豐田吹捧 Mirai 的油箱足夠堅固，可以防彈。
我們會看到所有汽車都使用氫燃料的那一天嗎？ 時間會證明一切。 很明顯，品牌繼續投資，它具有一些優勢，使其成為零排放運輸的合理替代品。
我希望通過這些信息，您可以更多地了解氫發動機的工作原理、特點、優缺點。