Sedan chạy nhiên liệu hydro Toyota Mirai hoạt động như thế nào?

Hãng gọi đây là mẫu xe của tương lai, sử dụng nguồn năng lượng hydro thân thiện với môi trường, chỉ thải ra nước, nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành trong suốt quãng đường gần 482 km, không hề thua kém những chiếc xe chạy xăng hoặc điện khác. Vậy Toyota Mirai hoạt động như thế nào? Dưới đây mô tả tổng quan những bộ phận của hệ thống năng lượng hydro trên Toyota Mirai và sơ lược nguyên lý làm việc của chúng.

1. Bình chứa hydro

2 bình chế tạo từ sợi carbon, chứa tổng cộng gần 5 kg hydro được nén lại dưới áp suất khá cao (vào khoảng 10.000 psi). Trong những trường hợp khẩn cấp (tai nạn, sự cố,…) các cảm biến tích hợp trên xe sẽ ngay lập tức khóa van bình chứa lại để khí hydro không bị rò rỉ ra bên ngoài.

2. Bộ nạp khí

Khí oxy (một thành phần quan trọng để tạo hỗn hợp đốt) sẽ được nạp vào các ngăn trong tế bào nhiên liệu thông qua cổng nạp có lưới lọc.

3. Đơn vị kiểm soát năng lượng

Đơn vị kiểm soát năng lượng (Power Control Unit – PCU) là bộ não quản lý năng lượng của xe. PCU điều khiển năng lượng sản sinh ra tại các ngăn tế bào năng lượng và gởi nó tới động cơ.

4. Pin

Khác với xe điện truyền thống, Mirai sử dụng pin NiMH (Nickel Metal Hydride) và nó chỉ lưu trữ năng lượng thặng dư để phục vụ quá trình khởi động và tăng tốc.

5. Động cơ điện

Khi dòng điện chạy qua động cơ, nó sẽ phân cực stator (bộ phận đứng yên bao quanh rotor) để tạo ra từ trường quay. Sự quay của từ trường kéo theo rotor quay theo. Rotor lại được nối với hệ thống truyền động và kéo theo nó quay theo. Dòng điện gởi tới động cơ càng mạnh thì từ trường càng đảo chiều nhanh, rotor quay càng nhanh và xe cũng chạy nhanh lên. Trong quá trình phanh hoặc đang xuống dốc, động cơ vẫn hoạt động và sản sinh ra điện nạp vào pin.

6. Tế bào nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc (PEMFC)

Thành phần cơ bản nhất của tế bào nhiên liệu gồm có anode (cực dương), cathode (cực âm) và màng điện phân polymer (PEM, bộ phận rất quan trọng trong tế bào nhiên liệu, được làm từ polymer đã được sulfon hóa, có nhiệm vụ ngăn được khí nhưng cho phép proton đi qua. Nó được gắn các nhóm chức acid cho phép proton từ cực dương đi qua nhưng ngăn chặn electron). Do mỗi tế bào chỉ sản sinh ra một lượng điện áp nhỏ, nên các kỹ sư đã nối nhiều tế bào lại với nhau thành một từng chuỗi, nhiều chuỗi tạo thành bó (stack).

Trên Toyota Mirai có 370 tế bào nhiên liệu, từng tế bào có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng hóa học thành điện năng. Tại mỗi tế bào nhiên liệu, khí hydro sẽ chạy qua ống nén tới một bảng chứa nhiều gạch nhỏ tại cực dương. Tại đây, chất xúc tác bạch kim – cobalt sẽ tách các phân tử hydro thành ion mang điện dương và các electron mang điện âm. Sau đó, lớp màng polymer sẽ cho phép các ion hydro đi qua tới cực âm nhưng ngăn cản các electron, buộc chúng phải đi ra mạch điện bên ngoài và tạo ra dòng điện. Cuối cùng, các electron sau khi đi qua mạch điện sẽ trở lại đây đễ gặp lại ion hydro và tiếp xúc với oxy để tạo thành sản phẩm cuối cùng là nước. Lượng nước này được phát thải ra ngoài dưới dạng hơi.

Theo tinhte, gaps