Nguyên mẫu Hilux pin nhiên liệu hydro mới nhất của Toyota cho thấy sự tiến bộ trong việc sử dụng công nghệ pin nhiên liệu hydro cho xe bán tải. Nguyên mẫu thể hiện cam kết của Toyota đối với việc trung hòa carbon thông qua việc phát triển một giải pháp hệ thống truyền động xanh thay thế. Nó được thiết kế để đáp ứng nhu cầu người dùng cụ thể và thích ứng với các cơ sở hạ tầng địa phương khác nhau.
Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV) hiện đang được phát triển và việc áp dụng rộng rãi chúng sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Nhu cầu thị trường
- Sự phát triển và cải thiện cơ sở hạ tầng
- Những tiến bộ hơn nữa trong chính công nghệ
Nguyên mẫu Hilux rất quan trọng trong việc phát triển thế hệ tiếp theo của công nghệ pin nhiên liệu. Các mục tiêu chính cho thế hệ tiếp theo này bao gồm:
- Đạt được vòng đời dài hơn cho các phương tiện.
- Mở rộng phạm vi lái xe của họ.
- Giảm chi phí liên quan tổng thể.
Bài viết này sẽ xem xét thêm về công nghệ pin nhiên liệu hydro, cách thức hoạt động, các đặc tính chính của nó và tác động của những đổi mới của Toyota đối với ngành công nghiệp ô tô.
Tại sao hydro cần thiết cho giao thông vận tải?
Hydro, phân tử đơn giản và nhẹ nhất, không tạo ra khí thải CO2 khi đốt cháy. Giá trị sưởi ấm của nó gấp ba lần dầu, nhưng chi phí sản xuất cũng cao gấp ba lần.
Hydro có mật độ năng lượng gấp khoảng 150 lần so với pin lithium-ion theo trọng lượng. Điều này cho phép nó lưu trữ một lượng năng lượng lớn hơn trên mỗi đơn vị. Mật độ năng lượng cao là rất quan trọng để lưu trữ hiệu quả và mở rộng phạm vi lái xe. Do đó, hydro cung cấp một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho nhu cầu lưu trữ năng lượng cao trong không gian nhỏ gọn.
Xe hydro có mới trên thị trường?
Liên doanh của các nhà sản xuất ô tô vào ô tô chạy bằng hydro không phải là mới. Các công ty như Toyota, BMW, Hyundai và Honda đã đi đầu trong lĩnh vực này trong nhiều thập kỷ. Toyota bắt đầu phát triển trở lại vào năm 1992 và ra mắt Mirai vào năm 2014 như một trong những chiếc xe pin nhiên liệu hydro được sản xuất hàng loạt đầu tiên.
Tổng quan về Toyota – Mirai (Nguồn)
BMW bước vào không gian công nghệ hydro vào năm 2000 và vào năm 2023, đã cho ra mắt đội phi công iX5 Hydro. Hyundai đã tiến thêm một bước và phát triển xe tải chạy bằng hydro XCIENT cho một chặng đường dài.
Honda mới đây đã ra mắt Honda CR-V e: FCEV 2025 sản xuất tại Mỹ và có khả năng sạc plug-in EV. Các công ty này chỉ ra rằng không gian FCEV hydro đang liên tục phát triển.
Ô tô hydro hoạt động như thế nào?
Xe hydro hoạt động bằng cách sử dụng quy trình năng lượng sạch chuyển đổi hydro thành điện năng. Sự chuyển đổi này xảy ra trong ngăn xếp pin nhiên liệu, nơi khí hydro được xử lý mà không cần đốt cháy. Năng lượng điện thu được sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện của xe.
Hoạt động bên trong của pin nhiên liệu có thể so sánh với pin. Hydro được giới thiệu ở cực dương, nơi nó gặp một chất xúc tác phân tách nó thành các electron và proton. Các electron đi qua một mạch để cung cấp năng lượng cho xe, trong khi các proton đóng góp vào dòng điện.
Sản phẩm phụ duy nhất của toàn bộ quá trình này là nước phát ra từ ống xả của xe. Điều này làm cho xe hydro thân thiện với môi trường và cung cấp một giải pháp thay thế bền vững cho các phương tiện truyền thống.
Các tính chất chính của FCEV hydro là gì?
- Phương tiện không phát thải: FCEV chỉ thải ra hơi nước và không khí ấm dưới dạng sản phẩm phụ.
- Phạm vi lái xe dài hơn: Thông thường hơn 402 dặm (647 km) trên một bình hydro đầy đủ.
- Tiếp nhiên liệu nhanh: FCEV có thể được tiếp nhiên liệu trong khoảng 5 phút, tương tự như các phương tiện thông thường.
- Hiệu quả năng lượng: FCEV hiệu quả hơn xe động cơ đốt trong thông thường. FCEV thể hiện hiệu quả cao hơn so với xe điện chạy pin.
- Tiềm năng năng lượng tái tạo: Hydro có thể được sản xuất bằng nguồn năng lượng tái tạo 100%.
- Lợi thế về trọng lượng: Hệ thống pin nhiên liệu trong xe điện tầm xa có thể nhẹ hơn bộ pin lớn. Pin 1,6 kW của Toyota Mirai nặng 44 kg, bình hydro nặng 87 kg và pin nhiên liệu nặng 52 kg. Ngược lại, pin được sử dụng trong xe của Tesla nặng hơn 1000 lbs (> 400 kg).
- Hiệu suất thời tiết lạnh: FCEV có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ đóng băng, với iX5 Hydrogen của BMW được thử nghiệm ở -20 ° C.
Những thách thức lớn của xe hydro là gì?
Xe hydro chắc chắn đầy hứa hẹn, nhưng chúng phải đối mặt với những thách thức đáng chú ý. Chúng bao gồm các rào cản trong tăng trưởng cơ sở hạ tầng, sản xuất, lưu trữ và cạnh tranh thị trường.
Phát triển cơ sở hạ tầng
Việc thiếu cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro rộng rãi vẫn là một trở ngại lớn. Tính đến năm 2023, chỉ có khoảng 921 trạm tiếp nhiên liệu trên toàn cầu, mỗi trạm tốn khoảng 2 triệu USD để xây dựng. So sánh, việc xây dựng một mạng lưới phân phối hydro tốn kém và đòi hỏi hậu cần hơn so với việc duy trì cơ sở hạ tầng nhiên liệu truyền thống.
Sự phức tạp trong phân phối hydro làm phức tạp thêm những thách thức về cơ sở hạ tầng cho các phương tiện hydro. Vận chuyển hydro đòi hỏi các đường ống chuyên dụng có khả năng chống giòn hoặc bể đông lạnh tốn kém để vận chuyển đường bộ. Những nhu cầu hậu cần này ảnh hưởng trực tiếp đến sự phức tạp và chi phí phát triển cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu.
Sản xuất và lưu trữ
Sản xuất hydro chủ yếu sử dụng cải cách metan hơi nước, tạo ra hydro hiệu quả nhưng cũng giải phóng CO2 đáng kể. Ngược lại, sản xuất hydro xanh, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, rất tốn kém và chiếm chưa đến 1% sản lượng toàn cầu. Chi phí cao hơn liên quan đến sản xuất hydro xanh bắt nguồn từ các công nghệ được sử dụng trong điện phân.
Lưu trữ hydro đưa ra một loạt các thách thức liên quan đến các tính chất vốn có của nó. Mật độ năng lượng thể tích thấp của nó đòi hỏi phải sử dụng các bể áp suất cao (350-700 bar), và kích thước phân tử nhỏ của nó làm tăng mối lo ngại về rò rỉ. Khi hydro bị rò rỉ, tiềm năng nóng lên toàn cầu của nó gấp khoảng 12 lần so với CO2. Tác động môi trường nghiêm trọng này làm cho việc lưu trữ và xử lý hydro thậm chí còn khó khăn hơn.
Cạnh tranh từ EV
Xe pin nhiên liệu hydro phải đối mặt với sự cạnh tranh mạnh mẽ từ xe điện (EV), có cơ sở hạ tầng được thiết lập nhiều hơn. Các trạm sạc cho EV rất phổ biến, giúp tăng cường khả năng tiếp cận của chúng cho người dùng hàng ngày. Mạng lưới hiện tại này làm thay đổi đáng kể sở thích của người tiêu dùng đối với xe điện.
Khả năng chi trả của xe điện tiếp tục được cải thiện do những tiến bộ công nghệ và khối lượng sản xuất lớn hơn. Do đó, EV ngày càng trở nên kinh tế, thu hút nhiều người tiêu dùng hơn. Mặt khác, sự sẵn có hạn chế của các trạm tiếp nhiên liệu hydro và chi phí cao hơn liên quan đến xe hydro ngăn cản người mua tiềm năng.
Điều gì làm cho pin nhiên liệu hydro Hilux của Toyota nổi bật?
Nguyên mẫu Hilux chạy bằng hydro (Nguồn)
Nguyên mẫu Toyota Hilux được trang bị pin nhiên liệu điện phân polymer hiện đại bao gồm 330 tế bào. Ngăn xếp pin nhiên liệu cung cấp công suất đầu ra đáng kể là 128 kW (174 DIN HP). Sản lượng điện của ngăn xếp pin nhiên liệu của Toyota Hilux tương đương với các EV có sẵn trên thị trường: Nissan Leaf (110 kW), Hyundai Kona Electric (160 kW) và Ford F-150 (131 kW).
Động cơ đồng bộ nam châm
Nguyên mẫu Hilux có động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Nó cung cấp công suất đầu ra 182 DIN HP (134 kW) và mô-men xoắn cực đại 300 Nm. Các thông số kỹ thuật này đảm bảo xe phù hợp và vượt quá tiêu chuẩn hiệu suất của xe bán tải động cơ đốt trong truyền thống.
Bộ pin Li-ion
Nguyên mẫu bao gồm một bộ pin lithium-ion tiên tiến, bao gồm 84 tế bào và có dung lượng 4.0 Ah. Pin Li-ion hỗ trợ hệ thống pin nhiên liệu và cung cấp thêm năng lượng. Điều này góp phần sử dụng năng lượng hiệu quả và tăng cường lưu trữ năng lượng.
Đặc điểm cấu trúc
Chiếc xe có các điều chỉnh cấu trúc độc đáo để phù hợp với công nghệ hydro mà không ảnh hưởng đến chức năng của xe. Chiếc xe kết hợp ba bình hydro, mỗi bình có sức chứa 2, 6 kg.
Những tác động đối với ngành công nghiệp ô tô là gì?
Từ quan điểm của công ty, Toyota có một chiến lược đa con đường liên quan đến việc phát triển và triển khai các công nghệ hệ thống truyền động khác nhau. Một chiến lược đảm bảo rằng Toyota đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Toyota cũng đang thiết lập các tiêu chuẩn công nghiệp. Nó đang thúc đẩy công nghệ và phát triển cơ sở hạ tầng và hệ sinh thái cần thiết để hỗ trợ nhiên liệu hydro. Điều này bao gồm việc hình thành quan hệ đối tác để xây dựng cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro. Nó cũng liên quan đến việc hợp tác với các lĩnh vực khác để khám phá tiềm năng của hydro ngoài các phương tiện chở khách.
Toyota đặt mục tiêu thu hút những khách hàng mong muốn giảm lượng khí thải carbon. Chúng cung cấp các tính năng công nghệ chưa từng thấy trong xe điện chạy pin. Ví dụ, Toyota Mirai 2024, một FCEV, có những khả năng vượt trội như:
- Phạm vi: Cung cấp tới 647 km trên một bình hydro duy nhất.
- Emissions: Chỉ thải ra hơi nước, góp phần vào sự bền vững của môi trường.
- Công nghệ an toàn: Có các công nghệ an toàn tiên tiến được thiết kế riêng cho vận tải chạy bằng hydro.
- Thời gian tiếp nhiên liệu: Có thể được tiếp nhiên liệu trong khoảng 5 phút, mang lại sự tiện lợi đặc biệt.
- Hiệu suất thời tiết lạnh: Duy trì độ tin cậy hiệu suất ngay cả trong điều kiện thời tiết lạnh.
Những tính năng này đặt ra một chuẩn mực để tích hợp các công nghệ xanh hơn trong sản xuất xe truyền thống mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
Cơ hội thị trường mới nổi:
Trong thị trường xe thương mại, FCEV mang lại giá trị đáng kể so với xe điện chạy pin (BEV) ở nhiều mẫu xe khác nhau. Ưu điểm này đáng chú ý ở xe sedan, xe địa hình, SUV và xe hiệu suất cao.
Trong giao thông công cộng, xe buýt pin nhiên liệu có thể sử dụng kích thước lớn hơn của chúng để lưu trữ nhiều hydro hơn ở áp suất thấp hơn. Xe buýt pin nhiên liệu là một lựa chọn khả thi và hấp dẫn cho các hệ thống giao thông đô thị. Họ được hưởng lợi từ cơ sở hạ tầng chuyên dụng ở cả thành thị và nông thôn.
Các thế hệ FCEV trong tương lai sẽ như thế nào?
The next generation of fuel-cell electric cars will feature better power densities, lower costs, and greater durability. These improvements will stem from advances in green hydrogen production. It will enhance the refueling infrastructure, hydrogen storage, and fuel cell and battery technologies.
One current drawback of passenger FCEVs is the bulky compressed hydrogen tanks, which occupy significant space. Future solutions include replacing these tanks with lightweight hydrogen metal or non-metal hydrides. Although this technology is still in its infancy, metal hydrides can absorb hydrogen like a sponge.
Upcoming FCEVs using metal or non-metal hydrides for hydrogen storage will not require cylindrical tanks. These hydrides can be molded into various shapes, providing better weight management and stability. The flexibility of storage options allows placement in various vehicle parts. This includes areas between the wheels, similar to BEV battery storage.
How can PreScouter help?
PreScouter có thể giúp các tổ chức luôn đi đầu trong những tiến bộ công nghệ hydro. Chúng tôi đảm bảo họ có vị trí tốt để tận dụng các cơ hội mới nổi trong lĩnh vực năng động này. Dưới đây là một số cách chúng tôi có thể trợ giúp:
- Trinh sát và đánh giá công nghệ: Xác định và đánh giá các công nghệ, vật liệu và quy trình hydro mới nổi có thể nâng cao hiệu quả và hiệu suất của pin nhiên liệu và hệ thống lưu trữ hydro.
- Phân tích thị trường và xu hướng: Tiến hành nghiên cứu thị trường toàn diện để hiểu các xu hướng hiện tại và tương lai trong công nghệ hydro. Điều này sẽ giúp các bên liên quan đưa ra các quyết định chiến lược sáng suốt.
- Hợp tác nghiên cứu và quan hệ đối tác: Tạo điều kiện hợp tác giữa các công ty, tổ chức nghiên cứu và các bên liên quan khác để đẩy nhanh sự phát triển và triển khai các công nghệ hydro.
- Thông tin chi tiết về quy định và chính sách: Cung cấp thông tin chi tiết về bối cảnh pháp lý và phát triển chính sách ảnh hưởng đến công nghệ hydro. Điều này sẽ giúp các công ty điều hướng tuân thủ và tận dụng các ưu đãi.
Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc muốn biết liệu chúng tôi có thể giúp doanh nghiệp của bạn giải quyết những thách thức đổi mới hay không, vui lòng liên hệ với chúng tôi tại đây hoặc gửi email cho chúng tôi theo solutions@prescouter.com
Mời đối tác xem các hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
