所謂的燃料電池,就是把物質中的化學能直接轉換成電能的裝置。氫只是燃料電池中的一種燃料,還有其他的,比如甲烷、乙炔等。
氫之所以能成為大眾心中燃料電池的代名詞,是因為氫氣有好幾個優勢:
第一,反應中的副產品只有水,不涉及其他污染物,尤其是溫室氣體。
其實,今天人們使用汽油對空氣的污染已經不大了,但關鍵是溫室氣體的排放沒法解決。在碳排放規定中,各車企只能推出低功率版的燃油車或者混動車、純電動車來降低溫室氣體的排放。
因為全球能耗的80%都來自化石能源,所以能源消耗量基本就決定了碳排放的多少。但氫燃料電池在燃燒中沒有二氧化碳和其他溫室氣體,所以被很多人看好。
第二,氫氣很難爆炸。
這一點和很多人的直覺相悖。首先,中學化學實驗里為數不多的幾個燃燒的實驗中,就有氫氣和氧氣的燃燒。如果氫氣很難燃燒,干嘛還在實驗課上做呢?另外就是,氫氣球的爆炸也給人留下了深刻印象。但實際上,這些全都是誤解。
*大的誤解就在于,相當多的人以為,氫燃料電池工作的主要過程就是氫氣、氧氣在電池包里燃燒。燃燒,這可太危險了,我們一定要萬分小心。大致就是這樣的邏輯。但實際上,汽油、柴油工作時也是燃燒的,我們怎么不害怕呢?
而且,氫燃料電池的工作過程根本就不是點燃,而是一個電化學過程。這個過程我們一會兒會詳細介紹。你只要記得,駕駛氫燃料電池汽車并不是人在前面開車,車屁股后面燒一個氫氣爐子。氫燃料電池工作的樣子和鋰電池是一樣的,根本沒有火苗。你記住這一點就行。
“氫容易燃燒”這個誤解是從高中化學實驗開始的。但實驗課上,氫氧燃燒之所以能燒起來,是因為它同時滿足了兩個條件:一,濃度足夠高;二,點火。
首先,要想讓氫氣在空氣中燃燒起來,需要濃度在4%-75%之間,太低或者太高都不會燃燒。
其次,就算濃度在這個區間里,你把它們混合在一起,也是很難燃燒起來的。我們回憶一下高中化學實驗,制備出來的氫氣是怎么燃燒的?其實,是事先把酒精燈點燃,然后把噴出氫氣的管子口湊近酒精燈火苗的外焰,然后氫氣才能在空氣中燃燒起來。
酒精燈的外焰,那是四五百攝氏度的高溫。如果換個場景,你把氫氣管子插在一個已經非常熱的家用烤箱里,別看里面已經280-290多攝氏度了,但氫氣在那里是不會燃燒的,因為溫度太低了。
*后,就是氫氣球的爆炸了。那是因為氣球的壁太薄了,而裝氫氣的罐子可以做得很結實。今天,氫燃料電池汽車上儲藏氫氣的罐子,用普通手槍子彈打都不會有問題。
可能還有人會說,不是很早以前就有一個氫氣做的飛艇在空中燃燒了起來嗎?這說的是1937年的“興登堡號空難”。1937年5月6日,興登堡號飛艇在準備著陸時僅僅32秒時間就被燒毀。但其實那次空難是因為,云層積累的電荷與飛艇的帆布摩擦起電,先點燃了帆布,然后高溫才點燃的氫氣,并不是氫氣的自燃。
你想,氫氣飛艇如果那么容易就起火,它是不可能在旅游業、巡邏、戰爭中廣泛使用30多年的。只是因為后來飛機的可靠性和性能全面超越了它,氫氣飛艇才逐漸退出的。