A jövő megérkezett: üzemanyagcellás szériamodellek Los Angelesben

A Toyota Mirai a japán gyártó első megvásárolható üzemanyagcellás autója, amely jövő tavasszal kerül forgalomba Japánban, majd többek között az Egyesült Államokban és Németországban is árusítani kezdik.

A Mirai tulajdonképpen elektromos autó, ám a villanymotort nem egy külsőleg feltölthető akkumulátor, hanem a tüzelőanyagcella látja el menet közben a szükséges árammal. Ez utóbbi oxigén és az üzemanyagtartályban tárolt hidrogén reakciójával termel elektromos energiát, a végtermék pedig H2O, vagyis az autó csupán vízpárát bocsát ki. A Mirait nem csupán kényelmi és biztonsági felszereltsége miatt lehet teljes értékű autóként használni – hatótávolsága 480 kilométer. A hidrogéntartályt 3-5 perc alatt lehet feltölteni az erre alkalmas kutakon.

Üzemanyagcellás autót már régóta tesztel többek között a Honda, a Hyundai és a Mercedes-Benz is, a Toyota újdonsága azonban számos innovációt hozott. Ilyen például a hidrogén-üzemanyagcella, amely a korábbinál 2,2-szer nagyobb teljesítménysűrűségre (3,1 kW/liter) képes. Ez az új cellaszerkezetnek köszönhető, amely annak teljes felületén egyenletes áramtermelést tesz lehetővé. Az üzemanyagcellából kilépő áram egy átalakító közbeiktatásával jut el a 155 lóerős, 335 Nm nyomatékú szinkron villanymotorhoz, ami lehetővé tette a kisebb méretű üzemanyagcella alkalmazását.

Nemcsak a cellaköteg, de a hidrogéntároló tartályok is kisebbek, könnyebbek lettek. Ugyanakkor háromrétegű falszerkezetüknek köszönhetően több hidrogént képesek tárolni; összesen 122,4 liternyit kb. 700 bar nyomáson. Az utastérben egyáltalán nincs a hidrogénellátó rendszerhez kapcsolódó komponens, így bárminemű szivárgás a kültéren történik – ez egyébként nem fordulhat elő, de ha mégis, érzékelők zárják el a szelepeket.

Ahogy a hidrogéntartályokat, magát az üzemanyagcellát is messzemenőkig óvják az ütközéstől, sérüléstől; előbbiekre különösen szilárd keret, utóbbira szénszál erősítésű, rugalmas műanyag váz vigyáz. Az autó tömege ezekkel együtt is csak 1850 kg.

A technológia elterjedésének egyik legfőbb akadálya a kevés hidrogénkút – a Toyota éppen ezért jelezte, hogy támogatni fogja a hidrogén-infrastruktúra fejlesztését az Egyesült Államokban, amelyeket fő piacának tekint.

A Toyota egyik legfőbb globális riválisa, a Volkswagen-konszern mindjárt három üzemanyagcellás autót állított ki Kaliforniában, igaz, ezek tanulmányautók, nem szériatípusok. A legnagyobb visszhangot az Audi A7 Sportback h-tron quattro keltette, amelyben két elektromotor dolgozik, a hagyományos üzemanyagcellán kívül pedig egy konnektorról tölthető plug-in lítiumion-akkumulátorteleppel is rendelkezik – ezzel növelve 500 kilométeresre a hajtáslánc hatótávolságát;

Pusztán akkumulátora segítségével az Audi A7 Sportback h-tron quattro akár 50 kilométert is megtehet. A 8,8 kWh teljesítményű akkumulátor a tüzelőanyagcella számára is optimális partner. Fékezéskor hatékonyan tárolja a visszatáplálásból (rekuperáció) származó energiát, amivel teljes terheléskor jelentős teljesítménynövelést biztosít.

Az autó elejében és hátuljában működő teljesítményszabályzó elektronika alakítja a tüzelőanyagcella és az akkumulátor egyenáramát az első és a hátsó kerekeket hajtó elektromos motorok számára felhasználható váltakozó árammá. A két elektromos motor egymástól függetlenül működik: összteljesítményük 231 lóerő. Az 1950 kilogramm saját tömegű Audi A7 Sportback h-tron quattro 540 Nm forgatónyomatékával álló helyzetből 7,9 másodperc alatt gyorsít fel 100 km/h-s tempóra, végsebessége 180 km/h.

A Volkswagen Golf és Passat HyMotion tanulmányautók szintén rendelkeznek plusz lítiumion-akkumulátorral, ám az Auditól eltérően csak egy elektromotor hajtja őket – ez 136 lóerőt ad le.

Működési elvek

Az üzemanyagcellában az anódra hidrogént vezetnek, amely protonokra és elektronokra bomlik. A protonok a membránon keresztül a katódra vándorolnak, ahol a levegő oxigénjével vízgőzt eredményezve lépnek reakcióba. Az elektronok ezzel szemben a cellakötegen kívülre vezethető elektromos áramot keltenek, az egyes cellák munkaponttól függően 0,6-0,8 volt feszültséget állítanak elő.
A teljes tüzelő-anyagcella a 230-360 volt feszültségtartományban üzemel. A 80 Celsius-fok hőmérséklettartományon működő üzemanyagcella magasabb követelményeket állít a hűtőrendszer elé, mint a vele összevethető teljesítményű belsőégésű motor, emellett azonban nagyobb, akár 60 százalékos hatásfok jellemezheti. Ez a mai belsőégésű motorok hatásfokának nagyjából a kétszerese.