加水汽车是怎么工作的？

让我们一起来探究一下氢气、离子、电解水以及氢原子的奥秘:

氢气的燃烧过程涉及两个氢原子结合成一个氢气分子，同时两个氧原子结合成一个氧气分子。氢气在氧气环境下可以被点燃，与氧气发生化学反应，生成水。这一过程的化学反应方程式为H2 + O2 → H2O。氢气分子中的化学键和氧气分子中的化学键打开，两个氢原子和一个氧原子结合，生成水分子。在这个过程中会释放大量的热量，1克氢气在氧气中完全燃烧可以放出140千焦的热量。

相比于其他主要能源物质，氢气燃烧生热要高出许多。例如，1克汽油完全燃烧可以放出47千焦的热量，1克煤完全燃烧只能放出15~30千焦的热量，而氢气的热值则要高出3到10倍。氢燃料电池的反应过程与燃烧不同，但最终生热是相同的，而且氢气和氧气的反应只生成水，不生成二氧化碳，对于环境没有污染，是一种高效、清洁的能源。

那么，如何获得氢气呢？既然水中含有氢元素，我们能否把水中的氢元素提取出来作为能源材料呢？这当然是可以的，而且方法不止一种。其中，电解水是一种常用的方法。

电解水的过程是这样的：在试管中装满水，倒扣在水槽中。每个试管中有一个电极，导线把电极同电池的正负极相接。通电后，水会自发电离成带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子。氢离子带正电，受到电源负极异号电荷的吸引，向着负极运动。到达负极时，氢离子吸收负极上的电子，变成氢原子，两个氢原子结合成氢气，从水中飞出。氢氧根离子带负电，受到电源正极异号电荷的吸引，向着正极运动。到达正极时，氢氧根离子释放电子，生成水和氧气。这样一来，水在通电的情况下变成了氢气和氧气。

不过，电解水制氢气驱动汽车并不划算。电解1kg氢气需要大约100度电，价格约60元。而1kg氢气的放热与3kg汽油相当，而3kg汽油只需要不到30元。此外，用铝水反应制氢气也存在成本问题。按照反应方程式，制备1千克氢气需要9千克铝，按照铝的价格15元每千克计算，成本大约135元。如果这些氢气完全燃烧变为热量，所提供的热大约相当于3千克汽油，而3千克汽油只需要28元。使用铝来制备氢气是不划算的，而且铝会不停的消耗，生成的氢氧化铝沉淀和氢氧化钠混合在一起，形成浆糊，如果不能实现长续航里程，频繁的进行更换会给这种汽车带来很大不便。

水煤气制氢气是一种成本较低的方法。人们把焦炭和水混合，在高温条件下，焦炭和水就会变成一氧化碳、二氧化碳和氢气。这种制备氢气的方法成本低，不到10元就可以制造出1kg氢气。氢气被制造出来之后，用钢瓶把氢气装在罐子里，让汽车携带氢罐就可以上路了，这种汽车称之为氢气动力汽车。在不久的未来，氢气动力汽车会因为它环保高效的特点，逐步代替传统燃油汽车。

铝空气电池是另一种用铝驱动汽车的经济方式。在一个电解质槽中插入两个电极，其中阴极是铝制的。铝电极会释放电子，形成溶液中的铝离子，电子通过电路驱动电机工作。电子到达阳极后，又会和水以及空气中的氧气发生反应，生成氢氧根离子。这个反应虽然与铝制氢气的过程反应物和生成物相同，但没有浪费铝和水反应时生热的能量，因此效率较高。