丰田的液氢卡罗拉车型采用了超导技术，并在富士超级耐久赛总决赛上亮相，引起了广泛关注。2021年4月23日，丰田宣布正在研发一款以氢气燃烧为燃料的氢燃料发动机，并发布了题为“丰田通过赛车运动挑战氢燃料发动机技术研发”的公告。当时，媒体和业界的关注点都集中在纯电动汽车上，但时任社长丰田章男发表了一项重要声明：“我们的目标是实现碳中和，而实现这一目标有很多途径。”

　　当时，使用氢燃料内燃机的赛车参加富士24小时耐力赛被视为一项鲁莽的挑战，但尽管遭遇了各种问题，这辆赛车最终还是完成了比赛。这不仅提高了人们对氢燃料汽车潜力的认识，也凸显了当时处境艰难的发动机相关技术的价值。“如果现在放弃这种发动机，将会损失100万个工作岗位。这可是550万个工作岗位中的100万个啊！”时任日本汽车工业协会会长丰田章男说道，再次肯定了内燃机技术领域从业人员的价值。

　　当时的氢动力卡罗拉充分利用了 Mirai FCEV（燃料电池电动汽车）的技术，重新利用了 Mirai 的 70 MPa 高压氢气罐，并利用该压力向 G16E-GTS 直喷发动机供应氢燃料，然后将其替换为 Denso 氢气喷射器。

　　从高压气态氢气罐已实现商业化这一事实可以看出，该技术在某种意义上已经相当成熟，并且该技术已被用于改进氢气燃烧技术。

　　经过两年对氢气燃烧技术的改进，他们决定使用液氢作为燃料。通过将高压气态氢在-253°C下转化为常压液氢，开始着手解决燃料装载量不足的问题，而装载量不足一直是制约燃料性能的瓶颈。

　　理论上，-253℃时液氢的体积是气态氢的1/800。然而，通过压缩70MPa高压气态氢并将其转化为液氢，理论上的载货量可以提高1.7倍。但是，由于燃料箱需要采用恒温真空双层储罐，因此实际提升幅度并不大。

　　然而，高压气态氢需要圆柱形燃料箱，而常压液氢则允许燃料箱设计更加灵活。事实上，丰田通过将燃料箱设计成椭圆形来增加容量。与高压气态氢的7.3公斤容量相比，常压液氢圆柱形燃料箱可容纳10公斤，常压液氢椭圆形燃料箱可容纳15公斤，氢燃料容量翻了一番。

　　液态氢化所需的组件模块是燃油泵。这项技术虽然由来已久，也应用于使用液态汽油的汽油车上，但在液态氢版卡罗拉中，该燃油泵还负责提升燃油压力，以驱动直喷发动机。因此，丰田的车载液态氢系统被称为“液态氢增压泵”。

　　对于液氢而言，该泵必须保持在极低的-253°C温度下运行，且必须在完全禁止使用油或油脂的条件下工作。这极大地缩短了泵的寿命，早期液氢版卡罗拉的泵寿命仅为约三小时。因此，在24小时耐力赛期间必须更换泵。这需要将液氢从燃料箱中排出，而这并非易事（泵本身体积也很大）。

　　这次，超导电机被用于电动泵中。前提条件是储罐必须处于-253°C的极低温度环境中，通过将电动泵浸入液氢中，满足了超导条件，即零电阻。

　　超导现象发生在极低温度环境下，除了电阻为零之外，它还会产生迈斯纳效应，阻挡磁力线，因此被应用于需要强磁场的磁共振成像（MRI）中。

　　绝对零度是指分子运动停止的温度，为-273.15°C（0 K [开尔文]）。最初，超导现象是在-269°C（液氦温度）的环境下观察到的，并由此开展了各种研究。其中一种方法是尽可能提高超导发生的温度，目前，在-196°C（液氮温度）下表现出超导性的材料已被投入实际应用。

　　鉴于此，丰田从一开始就将液氢环境下的超导电机引入-253°C的研发计划纳入了公司的研究范围，并在2024年富士24小时耐力赛上举办了一场展示超导电机技术的研讨会。

　　丰田在其压力泵中采用了活塞式结构。这很可能是因为丰田是一家自行生产活塞式内燃机的制造商（大多数汽车内燃机都是活塞式结构），并且在气缸、活塞和活塞环方面拥有丰富的技术经验。在不使用油类或油脂的极端环境下（而且由于极低的温度还会导致材料收缩），关键在于能够开发出多少新技术，因此人们认为他们最初选择了活塞式结构。

　　因此，在丰田公布的液氢燃料电池超导电机布局图中，活塞泵位于超导电机下方，这有利于泵出液氢，但不利于调节维持超导环境所需的液位。预计后续研究将继续探索哪种形状和布局最为有利，以及哪种形状和形式最适合液氢加注。

　　京都大学开发的超导电机以其结构简单而著称，该电机的效率超过99.5%，仅需0.3秒即可达到规定的同步转速。此外，在超导环境下，其输出功率可从3.7千瓦提升至41千瓦以上，是普通输出功率的十倍以上。这意味着，这款外形紧凑的电机能够产生超过普通电机十倍的输出功率。

　　还具有出色的故障安全性能。超导电机的电阻极低，因此能够承受正常情况下无法承受的电流。当超导环境崩溃时，输出功率只会下降。换句话说，在上述例子中，一台输出功率超过41kW（是正常输出功率的10倍以上）的超导电机，即使超导环境崩溃，也不会因为电流超过预期水平而损坏，而是会继续以3.7kW的功率运行。这使得它即使在非超导状态下也能正常工作。

　　这款氢动力卡罗拉配备了超导电机，但或许是由于丰田液氢封装技术的最新改进，并没有像其他车型那样炫酷地冒白烟，完全没有特别之处。

　　虽然这项进展令人欣喜，因为它使这款车更接近实用车型，但它在外观上却缺乏让人惊艳的亮点。配备超导电机的氢燃料电池卡罗拉计划于2026年富士24小时耐力赛上首次亮相。液氢燃料和超导电机不仅是世界领先的技术，而且是在无人能够模仿的领域进行研发的。

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