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中国AIP潜艇为何暂弃燃料电池 实际应用有难度不适合

发布时间:2019/1/9 12:16:20浏览:

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中日新型AIP潜艇性能孰优孰劣

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随着国产最新一代的AIP潜艇的现身,其身上很多神秘的疑团也随即浮出了水面,其中最让人感到不解的就是我国这些年在科研技术领域表现突出,为何不选择先进的燃料电池方案做为其AIP动力系统,而是选用了相对保守的斯特林热气机。需知道噪音和震动是潜艇的大敌,尤其是潜航时更是如此,与没有机械活动部件的燃料电池比起来,斯特林热气机的静音效果显然要逊色许多。

所谓的燃料电池就是一种能够直接将氢气或者甲醇等燃料与氧化剂通过电解质直接将化学能转化成电能的一种发电装置。这种装置的神奇之处就在于燃料和氧化剂在整个能量的转化过程中并不参与燃烧,而是通过其特殊的电解质直接产生电能。

单纯从外表上来看,它的确和普通的蓄电池有点像,也有正负极和电解质,但实际上它并不是电池,也无法储存电能,而更像是一个发电机。这也意味着它彻底的颠覆了传统发电装置的原理,并且不需要运动的机械部件,如此优越的性能绝对是AIP潜艇最理想的动力系统。

燃料电池的另一个优点就是能源利用率非常高,燃料在转化过程中损失很小,即使扣除了其运行时的电阻损耗及必要的燃料输送泵、排水、冷却散热、有害气体排除等必要的辅助装置后,其能量转换效率仍可达到50-70%,比任何的热机要高效许多。

不过燃料电池的缺点也是很多的,而且在当前的技术条件下不容易克服,这也是需要完善的研究方向。

当前比较实用的燃料电池就是氢氧型电池和甲醇燃料电池,其中尤以德国的质子交换膜氢氧燃料电池最为先进,该系统在运行时的反应温度仅为80摄氏度左右,技术较为成熟,能量转换效率很高,已经装备到其最新的212型潜艇上使用。

这套系统在工作时需要供给氧气和氢气,液氧在潜艇上存储还算简单,氢气可就难得多了。

如果是在潜艇上设置一个液氢储罐那就不太现实了,氢的液化温度极低,一个标准大气压的条件下为-252.87℃,再说其密度极小,能轻易从储罐的金属壁的分子缝隙中逃逸,普通的钢瓶根本没办法保存。

更让人头疼的是氢气做为一种极易燃烧的气体,一点火星就会引发恐怖的爆炸,非常的危险,用于作战舰艇更是不太可能,一旦被敌方武器击中液氢储罐,可怕的爆炸必定会将整艘潜艇完全撕碎。

好在德国人想出了解决的好办法,那就是利用金属氢化物来储氢,虽然在储存效率上要低一些,但其在安全性和防泄漏性能均相当出色,是氢气上艇的最佳解决方案。

氢氧燃料电池的另一个问题就是其质子交换膜材料和铂金催化剂均属于贵重材料,制造成本极高,占到这套系统总价值的80%左右,偏偏这两大部件又是十分娇气的东东,一旦接触到一氧化碳气体和硫就会发生中毒损坏,因此对于氧气和氢气纯度要求极其苛刻,至少需要达到99.99%以上,这给整套系统的正常运行造成很大的麻烦,这也是一直以来阻挡该型燃料电池走向实用化的最大拦路虎。

除了上述两大弊端之外,燃料电池的单位功率较小,放电内阻较大,无法提供大电流放电,氢气来源和供应补给不方便等也都是摆在科研人员面前的麻烦,这些问题不解决,燃料电池在潜艇上的应用就难以实现。

事实上我们国家这些年在燃料电池的研究方面也是下了不少功夫,甚至已经研制出采用燃料电池供电的汽车,但是将其做为国产AIP潜艇的动力还为时尚早,只有在十分成熟可靠的情况下才有可能实现。(作者署名: Wind63/浩汉防务)

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