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清洁高效的燃料电池会是未来的军用电源吗?


燃料电池是一种直接把化学能转化为电能的装置,不仅不需要反复充电,还更加清洁高效。事实上,燃料电池正在成为军用电源领域的“明日之星”,将在未来战场发挥重要作用。

打赢未来信息化战争,需要高效可靠的“能量源”。近年来,信息化战场上竞相涌现的先进武器装备,对战场电力供应提出了新的更高要求。以美国为首的西方国家尤其重视燃料电池技术发展,从为单兵装备供电,到电推动军用卡车,更甚至是驱动无人航潜器和无人机,处处可见燃料电池的身影。

说起燃料电池中的“燃料”,当然不同于生活中常见的煤、油、天然气等传统燃料。我们都知道,让强大的电流从水中经过,水便会分解为氢和氧。燃料电池的原理正好与此过程相反,是通过特殊装置使氢和氧作为“燃料”发生反应,最终产生电能。因此,与干电池、蓄电池等储能装置在需要时才把储存的电能释放出来不同,燃料电池更像是一座把化学能直接转化成电能的“发电厂”。这也难怪燃料电池被认为是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。

对于燃料电池而言,只要含有氢原子的物质就可以作为燃料。这就大大增加了“燃料”的来源范围,使燃料电池成为军用电源装备领域的“红人”。燃料电池投入军事应用,还有许多“先天性优势”。燃料电池在使用时能量转换效率高、系统反应快、运行可靠性强、维护方便。与其他电池相比,燃料电池的发电效率可以达到85%-90%。由于燃料电池的内部结构相对简单,工作时噪声很低,散热量和红外辐射较少。

近年来,包括美国国防部、美国陆军研究实验室、美国海军研究实验室等,都高度重视并全程参与了燃料电池的研发过程。从制订研制计划、明确技术指标,到研制后续环节安排部队进行试验,再到相关产品投入战场进行实战检验,燃料电池的研制都离不开美国军方的倾力支持。美国很多燃料电池产品的研发经历十几年时间,也与美国军方坚持将最新技术加以应用的决心不无关联。

未来的燃料电池,将越来越轻型便携,并朝着移动式电池供电系统方向加速发展,必将成为信息化战场当之无愧的“能量源”。

燃料电池除可作为海面舰艇的辅助动力源外,还能为无人潜航器和潜艇提供驱动动力。美国海军已经完成了用作船用电网和推进系统的燃料电池系统研发,目前正逐步尝试将燃料电池用于驱逐舰。早在 2005 年,德国就试航了第一艘现代化的燃料电池潜艇。2016 年获得澳大利亚海军潜艇项目大单的“梭鱼”级潜艇,也装备了由法国研制的燃料电池系统。2017 年,美国国防部批准 600 万美元经费,专门用于研发无人潜航器的静音推进系统,或将采用由美国陆军研究实验室研制的燃料电池供电推进系统。

燃料电池也将助力飞行器展翅高飞。现有的无人机电池主要为锂离子电池,供电缺口较大,尤其需要研制供电时间更长、更安全可靠的供电系统。加拿大巴拉德公司为美军战术无人机研制了氢燃料电池,具有适应能力强、安全可靠、重量轻等特点,目前已经在洛克希德·马丁公司的系列产品中得到应用。美国国家航空航天局研制的使用燃料电池推进的太阳能无人机,一度创造出 32 万米的世界飞行高度纪录。目前,美国国防部正致力于使用燃料电池动力装置的长航时无人机项目,将尽快装备美军各军兵种。

早在20世纪60年代,由于载人航天器对特殊性能电池的迫切需求,美国曾研制出氢燃料电池。此后往返于太空和地球之间的“阿波罗”系列飞船,就专门安装这种体积小、容量大的供电系统。此外,美国通用汽车公司也在持续挖掘燃料电池在陆上军事应用中的潜力,已经推出使用氢燃料电池的“通用静音多功能电动平台”计划。该平台理论续航里程超过460千米,越野能力较强,还具备运送集装箱、作战方舱和医疗方舱等能力。

随着战场军用电源系统要求的不断提升,燃料电池不仅为各类武器装备提供了强劲的供电能力、低热辐射和电磁辐射的使用环境,还具有高效、清洁、经济以及安全等优点,正逐步打开军事领域应用的大门。

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