Ako to funguje: Toyota Mirai

V minulom roku tri automobilky – Toyota, Honda a Hyundai – debutovali s novými vodíkovými autami. Najväčším spustením je pravdepodobne Toyota Mirai, ktorý sa dostane do ulíc USA už túto jeseň. Vozidlá s palivovými článkami (FCV) sú už roky bielymi veľrybami v súprave čistých vozidiel. Vypúšťajú iba vodu; vyplnia za tri minúty (vs. až niekoľko hodín pre tradičné elektrické); a ich dojazd je porovnateľný s autami na plyn, približne 300 míľ. Ale automobilky sa im vyhli, najmä kvôli obavám o infraštruktúru: V USA je len tucet vodíkových čerpacích staníc, väčšinou v južnej Kalifornii. Aj to sa mení. Minulý rok štát vyčlenil 200 miliónov dolárov na vybudovanie 100 ďalších prepojení do roku 2020. A to môže viesť k národnému trendu.

Ako to funguje

1. Vodíková nádrž

Dve nádrže z uhlíkových vlákien uchovávajú 11 libier vodíkového paliva pod veľmi vysokým tlakom (10 000 psi). V núdzových situáciách (napríklad pri havárii) senzory spustia uzatváracie ventily, aby zabránili úniku vodíka z nádrže.

2. Prúd vzduchu

Nasávacia mriežka posiela kyslík – kľúčovú zložku zmesi – do zásobníka palivových článkov.

3. Riadiaca jednotka napájania

Ako energetický manažér a mozog auta čerpá riadiaca jednotka elektrinu z palivového zásobníka a posiela ju do motora. Počas zrýchľovania čerpá uloženú energiu z batérie pre extra podporu.

4. Batéria

Na rozdiel od tradičných elektromobilov si nikel-metal hydridová batéria v Mirai ukladá iba prebytočnú energiu na využitie pri zapaľovaní a akcelerácii.

5. Elektrický motor

Keď elektrina prechádza motorom, polarizuje stator - stacionárny krúžok okolo rotora - na vytvorenie rotujúceho magnetického poľa. Magnety namontované na rotore sa vyrovnávajú s týmto poľom a otáčajú sa rovnakou rýchlosťou, aby poháňali hnacie ústrojenstvo. Čím viac elektriny sa pošle do motora, tým rýchlejšie sa pole točí a tým rýchlejšie ide auto. Pri brzdení a dobehu motor vyrába elektrinu pre batériu.

6. Palivový článok

Vo svojej najzákladnejšej forme obsahujú palivové články anódu, katódu a polymérnu elektrolytickú membránu (PEM). Pretože každá bunka sama o sebe generuje malé napätie, inžinieri ich spájajú do série – alebo stohu. Zásobník Mirai obsahuje 370 článkov, z ktorých každý pracuje na premene uloženej chemickej energie na elektrinu. Tu je postup.

V každom článku prechádza vodík cez dosku prietokového poľa k anóde. Platinovo-kobaltový katalyzátor tam rozdeľuje molekuly vodíka na kladne nabité ióny a záporne nabité elektróny.

Potom PEM povolí vodíkovým iónom prejsť ku katóde, ale zastaví elektróny a prinúti ich, aby prešli vonkajším obvodom a vytvorili elektrický prúd.

Nakoniec sa elektróny a ióny stretávajú s kyslíkom na katóde a vytvárajú vodu, ktorá je emitovaná primárne ako para.

Tento článok bol pôvodne publikovaný v Vydanie z apríla 2015 z populárna veda, v rámci našej výročnej Ako to funguje balík.