鉅大LARGE | 點擊量：631次 | 2021年10月29日
燃料動力電池：信息化戰(zhàn)場“新能源”
信息化條件下的高技術(shù)戰(zhàn)爭，士兵除攜帶彈藥外，還將配備頭盔顯示器、激光測距儀、衛(wèi)星定位終端以及高性能計算機等，這些設(shè)備每時每刻都要充足的電量供應(yīng)。美國陸軍曾預測，未來裝備的平均耗電功率將達到100瓦，傳統(tǒng)的干電池、蓄電池等早已“不堪重負”。
日前，在美國能源部耗資3400萬美元資助的科技創(chuàng)新項目中，就包括4個與燃料動力鋰電池高度相關(guān)的項目。連寶馬等汽車公司都在躍躍欲試，將在2020年后正式發(fā)行搭載燃料動力鋰電池的汽車。
燃料動力鋰電池是一種直接把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，不僅不要反復充電，還更加清潔高效。事實上，燃料動力鋰電池正在成為電源領(lǐng)域的“明日之星”，將在未來戰(zhàn)場發(fā)揮重要用途。
隨身攜帶的“發(fā)電廠”
打贏未來信息化戰(zhàn)爭，要高效可靠的“能量源”。近年來，信息化戰(zhàn)場上競相涌現(xiàn)的先進，對戰(zhàn)場電力供應(yīng)提出了新的更高要求。以美國為首的西方國家尤其重視燃料動力鋰電池技術(shù)發(fā)展，從為裝備供電，到電推動卡車，更甚至是驅(qū)動無人航潛器和無人機，處處可見燃料動力鋰電池的身影。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
說起燃料動力鋰電池中的“燃料”，當然不同于生活中常見的煤、油、天然氣等傳統(tǒng)燃料。我們都了解，讓強大的電流從水中經(jīng)過，水便會分解為氫和氧。燃料動力鋰電池的原理正好與此過程相反，是通過特殊裝置使氫和氧作為“燃料”發(fā)生反應(yīng)，最終出現(xiàn)電能。因此，與干電池、蓄電池等儲能裝置在要時才把儲存的電能釋放出來不同，燃料動力鋰電池更像是一座把化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的“發(fā)電廠”。這也難怪燃料動力鋰電池被認為是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。
有關(guān)燃料動力鋰電池而言，只要含有氫原子的物質(zhì)就可以作為燃料。這就大大新增了“燃料”的來源范圍，使燃料動力鋰電池成為電源裝備領(lǐng)域的“紅人”。燃料動力鋰電池投入應(yīng)用，還有許多“先天性優(yōu)勢”。燃料動力鋰電池在使用時能量轉(zhuǎn)換效率高、系統(tǒng)反應(yīng)快、運行可靠性強、維護方便。與其他電池相比，燃料動力鋰電池的發(fā)電效率可以達到85%-90%。由于燃料動力鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，工作時噪聲很低，散熱量和紅外輻射較少。
近年來，包括美國部、美國陸軍研究實驗室、美國海軍研究實驗室等，都高度重視并全程參與了燃料動力鋰電池的研發(fā)過程。從制訂研制計劃、明確技術(shù)指標，到研制后續(xù)環(huán)節(jié)安排進行試驗，再到相關(guān)產(chǎn)品投入戰(zhàn)場進行實戰(zhàn)檢驗，燃料動力鋰電池的研制都離不開美國軍方的傾力支持。美國很多燃料動力鋰電池產(chǎn)品的研發(fā)經(jīng)歷十幾年時間，也與美國軍方堅持將最新技術(shù)加以應(yīng)用的決心不無關(guān)聯(lián)。
“上天下?！睙o所不能
未來的燃料動力鋰電池，將越來越輕型便攜，并朝著移動式電池供電系統(tǒng)方向加速發(fā)展，必將成為信息化戰(zhàn)場當之無愧的“能量源”。
燃料動力鋰電池除可作為海面艦艇的輔助動力源外，還能為無人潛航器和供應(yīng)驅(qū)動動力。美國海軍已經(jīng)完成了用作船用電網(wǎng)和推進系統(tǒng)的燃料動力鋰電池系統(tǒng)研發(fā)，目前正逐步嘗試將燃料動力鋰電池用于驅(qū)逐艦。早在2005年，德國就試航了第一艘現(xiàn)代化的燃料動力鋰電池。2016年獲得澳大利亞海軍項目大單的“梭魚”級，也裝備了由法國研制的燃料動力鋰電池系統(tǒng)。2017年，美國部批準600萬美元經(jīng)費，專門用于研發(fā)無人潛航器的靜音推進系統(tǒng)，或?qū)⒉捎糜擅绹戃娧芯繉嶒炇已兄频娜剂蟿恿︿囯姵毓╇娡七M系統(tǒng)。此外，美國海軍研究實驗室還與通用汽車公司合作，正在致力于將車用燃料動力鋰電池移植到下一代無人潛航器中，以大力提升無人潛航器的航程和持久力。
燃料動力鋰電池也將助力飛行器展翅高飛?，F(xiàn)有的無人機電池重要為鋰離子電池，供電缺口較大，尤其要研制供電時間更長、更安全可靠的供電系統(tǒng)。加拿大巴拉德公司為美軍戰(zhàn)術(shù)無人機研制了氫燃料動力鋰電池，具有適應(yīng)能力強、安全可靠、重量輕等特點，目前已經(jīng)在洛克希德·馬丁公司的系列產(chǎn)品中得到應(yīng)用。美國國家航天局研制的使用燃料動力鋰電池推進的太陽能無人機，一度創(chuàng)造出3.2萬米的世界飛行高度紀錄。目前，美國部正致力于使用燃料動力鋰電池動力裝置的長航時無人機項目，將盡快裝備美軍各軍兵種。
早在20世紀60年代，由于載人航天器對特殊性能電池的迫切需求，美國曾研制出氫燃料動力鋰電池。此后往返于太空和地球之間的“阿波羅”系列飛船，就專門安裝這種體積小、容量大的供電系統(tǒng)。此外，美國通用汽車公司也在持續(xù)挖掘燃料動力鋰電池在陸上應(yīng)用中的潛力，已經(jīng)推出使用氫燃料動力鋰電池的“通用靜音多功能電動平臺”計劃。該平臺理論續(xù)航里程超過460千米，越野能力較強，還具備運送集裝箱、方艙和醫(yī)療方艙等能力。
戰(zhàn)場應(yīng)用駛?cè)搿翱燔嚨馈?/strong>
隨著戰(zhàn)場電源系統(tǒng)要求的不斷提升，燃料動力鋰電池不僅為各類供應(yīng)了強勁的供電能力、低熱輻射和電磁輻射的使用環(huán)境，還具有高效、清潔、經(jīng)濟以及安全等優(yōu)點，正逐步打開領(lǐng)域應(yīng)用的大門。
現(xiàn)有的可穿戴系統(tǒng)，士兵們背負的裝備往往令人不堪重負。美國陸軍目前正在嘗試使用燃料動力鋰電池取代傳統(tǒng)鋰離子電池，將減少約50%的負荷。美國陸軍通信與電子研發(fā)和工程中心，同通用汽車公司合作，已經(jīng)推出了一款用于可穿戴設(shè)備的新型氫燃料動力鋰電池系統(tǒng)。美軍目前裝備的燃料動力鋰電池，尺寸與傳統(tǒng)的一次性小型電池相同，輸出的電流量卻提高了1倍。韓國三星公司研發(fā)的燃料動力鋰電池系統(tǒng)，一次出現(xiàn)的電量高達1.8千瓦時，可滿足士兵持續(xù)執(zhí)行72小時任務(wù)需求。德國SFC公司研制的燃料動力鋰電池系統(tǒng)，已經(jīng)交付英國、挪威、比利時和荷蘭等多國軍隊使用。
燃料動力鋰電池系統(tǒng)的出現(xiàn)，對性能的提升也大有裨益。美軍在燃料動力鋰電池研發(fā)過程中遵循的“先易后難、先小后大”原則，不僅推動了燃料動力鋰電池從裝備和野戰(zhàn)攜行電源，到無人機、無人潛航器以及車輛動力系統(tǒng)的升級，也在逐步積累技術(shù)和相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗的過程中，為今后裝備燃料動力鋰電池性能的提升奠定了基礎(chǔ)。野戰(zhàn)條件下夜間時，對的隱蔽性要求極高，普通車輛發(fā)動機出現(xiàn)的熱能會直接暴露于紅外夜視儀中。對此，美國陸軍與通用汽車公司聯(lián)合研制出使用氫燃料動力鋰電池驅(qū)動的輕型卡車，噪聲水平明顯降低，熱能排放也非常少，極大地提高了戰(zhàn)場生存能力。由于燃料動力鋰電池反應(yīng)后副產(chǎn)物是水，該型卡車還能為士兵進行戰(zhàn)場供水。
目前，阻礙燃料動力鋰電池實用化的重要問題，在于燃料動力鋰電池的環(huán)境適用性、使用壽命和經(jīng)濟成本。近年來，盡管燃料動力鋰電池的使用壽命有所提升，但絕大多數(shù)僅維持在2200小時左右，與實用化5000小時的目標壽命還有不小差距。同時，燃料動力鋰電池的生產(chǎn)和使用成本比較高，人們試圖通過使用廉價替代材料、改進制備工藝、加速批量化生產(chǎn)等方式，使燃料動力鋰電池的應(yīng)用走上“快車道”。（李東海許妍敏）
