里程焦虑:电动自行车的首要问题
不管你喜不喜欢，在未来的几年里，电动自行车很可能会成为摩托车市场日益增长的一部分。就在过去的几周里，我们看到了本田和Vespa等主流厂商推出的新型电动滑板车。雅马哈(Yamaha)也在行动，尤其是在日本，标致(Peugeot)也是如此。最近的车展上，没有一辆或两辆电池驱动的概念车是不完整的。
这还不包括不断涌现的新初创企业，它们都有电动自行车项目。
但电力发展的最大障碍仍未解决;里程焦虑。
这很简单，担心一旦你的电动自行车电池没电了，就没电了。你卡住了。至少要等到充电完毕，这可能需要几个小时。
即使我们可以从逻辑上看我们的自行车使用情况，并确切地知道我们每天行驶的英里数，即使这个数字远远低于电动自行车的行驶里程，但令人烦恼的恐惧仍然存在。如果你需要进行一次意想不到的旅行怎么办?那你一直说你会去的大型巡演呢?
骑汽油自行车很容易。把车开进百万加油站中的一个，花几分钟把油箱加满，你就可以再开几百英里了。电池吗?不，这么简单。
氢能起什么作用呢?
这就是氢动力自行车的想法。理论上，它们提供了零排放的交通工具，而且充电时间也慢得令人瘫痪。
有两种使用氢作为燃料的方法，两种方法产生的废气都是水。H2O。
最简单的是使用一个相当普通的内燃机。有几家公司已经成功地将汽油发动机转化为氢燃料发动机。按重量计算，氢气的能量密度也远高于汽油。一公斤氢气可以产生142兆焦耳的能量，相当于一小时53马力(53马力*小时)，而一公斤汽油只能产生46兆焦耳(17马力*小时)。
然而，当使用氢燃料时，汽油发动机的效率只有25%左右(汽油也好不到那里去)，所以大部分的能量都浪费在了热量和噪音上。使用氢燃料电池更为明智，它将储存在氢中的化学能直接转化为电能。一旦给电动机供电，它可以提供60%左右的效率。
这意味着你将得到大约85兆焦耳的可用功率——31.6马力*小时——从一公斤氢通过燃料电池。一台普通的内燃机，在大约30%的效率下工作，每升汽油能输出5马力多一点。
听起来很棒，不是吗?但是你会注意到我们在谈论公斤的氢。比空气轻的气体。至少在某种程度上，这就是问题所在。
氢的问题
1:把它装进你的油箱
虽然氢在重量上有很大的能量密度，但在体积上却很糟糕。当然，你可以试着把它冷却到变成液体的程度，但那是-250°C左右。实现冷却所需的能量是巨大的，而保持冷却的绝缘材料是笨重的。
这听起来可能很疯狂，但是一升汽油中的氢比一升纯液氢中的氢还要多。
即使以液态形式存在，氢也是非常轻的——大约每升71克，还不到同等数量汽油重量的十分之一，而汽油中的氢是以碳氢化合物的形式储存的。因此，尽管就每公斤能量而言，氢气的能量密度更高，但就每升能量而言，氢气远不如汽油。
液态氢带来的问题是，虽然它作为火箭燃料有用，但它并不真正适用于日常运输。在现实世界中，氢气更有可能以压缩气体的形式储存，而不是以液体的形式储存。目前使用的少数氢动力汽车往往将其保持在700巴(10152磅/平方英寸)左右，这意味着它们需要非常坚固和沉重的油箱。
即便如此，氢气还是很轻，很难储存超过少量。本田Clarity可能是目前市面上最先进的氢燃料电池汽车，它的117升油箱只能装5公斤氢。即使燃料电池的效率很高，这也意味着它的行驶里程只能与传统汽车相当——一次加满油大约300英里。
2:把它放到你的油箱里
即使你有一个高压储罐来储存氢气，在储存和移动氢气方面还是有一个很大的问题。虽然用大型油罐车运输汽油很简单，但氢气确实需要管道来大量运输。加油站也需要全面重新装备，以处理天然气而不是液体燃料。当然，你不能只是把它倒进去——需要一个密封的再填充系统，能够处理巨大的10,000psi以上的压力。储存和运输问题有潜在的解决方案，特别是将氢作为化学氢化物储存或将其吸收到另一种材料中的想法。内堂的能量例如，该公司一直在研究球形化学氢化物小球，这种小球几乎可以像液体一样流动，但当加热到100摄氏度时，会释放出大量的氢。但目前工业规模的生产似乎还很遥远。
3 .一开始就得到它
甚至在你遇到移动、储存或使用氢的问题之前，你必须真正掌握它。有各种各样的方法可以做到这一点，但最常见的方法是从化石燃料中获得它——当然，化石燃料是不可再生的——或者使用电解从水中获得它。后者的问题在于，它需要大量的电力，而这些电力必须以某种方式产生，而且这个过程本身就有损耗。
它的效率最多在80%左右。所以你要用100兆焦耳的电才能得到含有80兆焦耳能量的氢。将氢气以60%的效率通过燃料电池，你最初的100MJ就会减少到48MJ。
这就是目前绝大多数电动汽车使用电池而不是氢燃料的原因。埃隆·马斯克，电动汽车先驱特斯拉的老板，近年来引领了电动汽车的最大进步，这是关于氢燃料电池的在解释他们的一些缺点之前，“我只是觉得他们非常愚蠢……”
在另一个面试他给出了一个稍微温和的观点，他说:“我个人的观点是，氢不是可行的方法。不仅仅是因为我经营着一家电动汽车公司;我本可以开一家氢燃料汽车公司。我的观点早于特斯拉。”
铃木Burgman氢动力汽车
目前，氢气生产、储存和运输的困难意味着燃料电池在电动汽车发展竞赛中远远落后。尽管电池充电速度慢，而且会引起续航里程的焦虑，但它们却遥遥领先。
但这并没有阻止一些公司追求燃料电池的想法。值得注意的是，本田(Honda)正在生产一款氢燃料电池汽车Clarity(尽管数量不多)。多年来，它还展示了几款燃料电池自行车，尤其是2004年的FC Stack概念车。就在今年10月，本田公布了另一款新型氢燃料电池摩托车的新专利申请．
丰田还生产氢燃料电池汽车Mirai，可在英国购买。然而，没有人这样做，部分原因是它要花费66000英镑，而且每年只有少量的加油站运过来，但主要是因为全国只有不到12个加油站。
包括大众、现代和通用汽车在内的其他公司也在研发燃料电池汽车。
本田Clarity氢动力汽车
在两个轮子上，氢燃料电池最积极的支持者是铃木。它的Burgman燃料电池滑板车是在2007年crossage概念自行车之后推出的，是在英国智能能源专家的帮助下开发的。燃料电池的Burgman早在2011年就获得了批量生产的许可，最近在伦敦的大都会警察局进行了试验，但尚未真正发展成为真正的生产机器。铃木最近还申请了氢燃料电池摩托车越野车和燃料电池运动自行车的设计专利。
不管它们的制造商是谁，燃料电池的工作原理基本相同。和电池一样，燃料电池也有阳极和阴极。它们被电解质分开。氢气流入阳极，而氧气或空气进入阴极。
在阳极，氢通过铂催化剂分解成带正电的氢离子和带负电的电子。只有离子能通过电解液到达阴极，使其带正电荷。电子通过外部电路进入阴极，产生电流。氢离子、电子和氧在阴极结合成为水。
丰田的氢动力卡车概念
氢能源有未来吗?
随着本田(Honda)、丰田(Toyota)和铃木(Suzuki)等公司在燃料电池汽车和自行车领域投入大量精力，显然有一些非常聪明的人坚信他们会继续发展下去。然而，至少在中短期内，电池似乎具有优势。
他们不仅在开发和加油/充电基础设施方面处于领先地位，而且从水中分离氢、运输和储存氢所涉及的能量损失都深深影响了其效率边际。与此同时，能量密度更高的电池不断被开发出来，进一步蚕食氢的剩余优势。
然而，氢允许电动汽车快速加油的事实仍然是它的一大优势，这是电池——即使充电技术有了进步——也难以克服的。
未来，这可能会给氢燃料电池带来优势，特别是在无法承受停机时间充电的车辆上。在这方面，自动驾驶汽车技术的迅猛发展可能会对氢燃料有利——无人驾驶出租车和商用车辆有望全天候运营，这对车主来说，失去营业时间充电的前景是一个很大的负面影响。丰田最近公布了一辆燃料电池驱动卡车的原型车，该卡车在美国完成了4000多英里的测试，并打算向日本的7 - 11便利店提供燃料电池送货卡车。这些很可能是最初充分利用氢能源的车辆类型。
本田的氢动力PCX摩托车
有更好的主意吗?支持热插拔电池
然而，在两个轮子上，电池仍然是最受欢迎的，一些公司——包括本田、雅马哈和川崎——计划通过简单地使电池可更换来消除充电的整个问题。
雅马哈和本田最近都参与了日本埼玉市的一项测试计划(E-KIZUNA)，在那里他们正在试验生产可更换电池的电动滑板车。这个想法是建立一个充电基础设施和一个“安全网”，让当地企业将备用电池保持在备用状态，充满电，以备不时之需。
雅马哈的E-Vino氢动力摩托车
雅马哈(Yamaha)于2014年推出的e-Vino摩托车和本田(Honda)新推出的PCX Electric都有电池，只需滑出即可，几秒钟内即可更换。雅马哈即将推出的PES和PED电动自行车——在2013年和2015年以原型形式展示，并承诺很快投入生产——也采用了同样的理念。川崎虽然没有公开自己的计划，但它也申请了专利，展示了配备可更换电池组的电动自行车。
虽然换电池不是一项非常适合汽车的技术——汽车需要如此巨大的电池，所以把它们安装在底盘上是有意义的——但它是自行车的完美技术，如果被广泛采用，各制造商共享标准化电池，可能会永远消除里程焦虑。
结论:为什么不两者兼而有之?
在最后的估计中，实际上没有理由相信电池或氢燃料电池将成为主导的、压倒一切的技术。人们会购买最能满足他们需求的自行车，而且在未来的几年里，选择可能会增加——汽油、电池电动、燃料电池电动、混合动力以及谁知道其他什么——而不是减少。在四个轮子上，汽油和柴油已经共存了几十年。在摩托车上，V-twin并没有消灭单引擎，直列四引擎也没有消灭三引擎。相反，消费者需要更多的选择。
另一个常数是产品不断改进。不管它们是由电池、氢气、汽油还是其他我们还没有想到的东西驱动，未来的自行车将比今天的更好。考虑到我们现在拥有的这些设备有多好，这将是一个惊人的成就。
