Ogniwo paliwowe składa się z anody (elektrody ujemnej), katody (elektrody dodatniej) i membrany polimerowej. Wodór jest dostarczany do ogniwa po stronie anody, gdzie zostają od niego oddzielone elektrony. W ten sposób powstają jony wodoru, które przedostają się przez membranę polimerową do katody i tam łączą się z tlenem, tworząc cząsteczki wody. Przepływ elektronów uwolnionych w tej reakcji staje się energią elektryczną, która napędza silnik.
Napęd oparty na technologiach hybrydowych Toyoty
Wodorowy napęd Toyoty ma wiele wspólnego z napędem hybrydowym 4. generacji. Tak np. zastosowano w nim silnik elektryczny z Lexusa UX 300e, baterię trakcyjną z hybrydowego Lexusa LS, a jednostka sterująca z inwerterem i konwerterem pochodzi z Priusa 4. generacji. Nowy Mirai aż 80% komponentów napędu na ogniwa paliwowe dzieli z hybrydami.
W Toyocie Mirai 2. generacji ogniwa paliwowe zostały umieszczone z przodu, pod maską. Konstrukcja modułowej platformy TNGA umożliwiła zwiększenie liczby zbiorników wodoru do trzech. Mogą one pomieścić maksymalnie 5,6 kg tego gazu.
Energią elektryczną, która jest wytwarzana w ogniwach paliwowych, a następnie przechowywana w baterii, zarządza jednostka sterująca PCU. Jest to to samo urządzenie, które Toyota opracowała do Priusa 4. generacji i które steruje pracą napędu we wszystkich nowych modelach hybrydowych marki.
Nowy Mirai jest wyposażony w system odzyskiwania energii podczas hamowania znany z hybryd marki. Energia ta trafia do baterii trakcyjnej, a następnie jest wykorzystywana m.in. przez silnik elektryczny.
Samochód oczyszczający powietrze
Druga generacja modelu Mirai jest pierwszym pojazdem Toyoty, który nie tylko nie emituje żadnych spalin, ale oczyszcza powietrze podczas jazdy. Auto wykorzystuje filtry chemiczne, które oczyszczają powietrze ze szkodliwych substancji wyemitowanych przez inne pojazdy. Innowacyjny filtr katalityczny z włókniny wychwytuje mikroskopijne cząsteczki, w tym dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NOx) i cząstki stałe PM 2.5. Rozwiązanie to usuwa od 90 do 100% zanieczyszczeń o średnicy od 0 do 2,5 mikronu z powietrza przelatującego przez system ogniw paliwowych.
2. generacja ogniw paliwowych
W nowej generacji Toyoty Mirai zastosowano udoskonalony zestaw ogniw paliwowych. Ma on o 10% wyższą moc (182 KM) i efektywność większą o 10%. Zapewnia nowemu sedanowi o 30% większy zasięg (do 650 km) oraz większą elastyczność (przyspieszenie 40-70 km/h w 2,8 s). Przyspieszenie od 0-100 km/h w nowym Mirai wynosi 9 s.
Bezpieczna technologia
Toyota Mirai charakteryzuje się wysokim poziomem bezpieczeństwa. Decydują o tym 4 czynniki – właściwości fizyczne wodoru, konstrukcja samochodu, zabezpieczenia zbiorników wodoru oraz najnowocześniejsze systemy bezpieczeństwa czynnego Toyota Safety Sense.
Jak doskonale wiemy, wodór jest substancją łatwopalną, podobnie jak paliwa węglowodorowe stosowane w motoryzacji (benzyna, olej napędowy gaz LPG czy CNG). Jego właściwości fizyczne sprawiają jednak, że jest to paliwo bezpieczniejsze od innych. Jego temperatura samozapłonu jest wyższa w porównaniu do tradycyjnych paliw. Benzyna zapala się przy temperaturze 500°C, olej napędowy przy 345°C, zaś wodór przy 575°C. Jednocześnie wodór est 14 razy lżejszy od powietrza, dlatego bardzo szybko ulatnia się do atmosfery.
Na bezpieczeństwo wodoru wpływa także to, że firmy paliwowe mają już duże doświadczenie w dystrybucji i tankowaniu łatwopalnych gazów LPG i CNG wykorzystywanych w gospodarstwach domowych i w motoryzacji.
Toyota, chcąc chronić zbiorniki na wodór, wzmocniła konstrukcję Mirai. Kabina pasażerska została oddzielona od zbiorników, dlatego w razie ich (mało prawdopodobnego) mechanicznego uszkodzenia wodór ulotni się do atmosfery specjalnie zaprojektowanymi ścieżkami. Każdy z komponentów auta został przetestowany przez niemiecki instytut TÜV.
Warto też zaznaczyć, że zbiorniki wodoru są zbudowane z materiałów kompozytowych, bardzo szczelnych i wytrzymałych na uszkodzenia mechaniczne. Są w stanie wytrzymać o 225% większe ciśnienie niż wynosi ciśnienie wodoru przy maksymalnym napełnieniu. Wyposażono je w zawory bezpieczeństwa, zatrzymujące w razie potrzeby wodór w środku. Zbiorniki zostały poddane licznym testom, w ramach których strzelano nawet do nich z broni palnej.
Wodór spala się o wiele bezpieczniej od węglowodorów, np. propanu czy benzyny. Jest na tyle lekki, że w razie zapłonu tworzy wąski słup ognia z dala od kabiny pasażerskiej. Po zapaleniu się benzyny w baku ogień często obejmuje niemal cały pojazd i stanowi zagrożenie dla znajdujących się w nim osób.
