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近日，美國(guó)媒體報(bào)道稱(chēng)，來(lái)自美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部地面車(chē)輛系統(tǒng)中心（GVSC）和美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們繼續(xù)在研發(fā)新型氫燃料電池作戰(zhàn)車(chē)輛，包括坦克和步兵戰(zhàn)車(chē)。根據(jù)地面車(chē)輛系統(tǒng)中心的最新數(shù)據(jù)，美國(guó)陸軍正在探索和評(píng)估燃料電池發(fā)電技術(shù)，包括氫燃料電池技術(shù)及其支持設(shè)備，為未來(lái)美國(guó)陸軍地面車(chē)輛系統(tǒng)提供戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)。不難看出，氫燃料電池未來(lái)將可能成為各類(lèi)軍用作戰(zhàn)平臺(tái)的新“心臟”。
1、軍民兩用的新能源技術(shù)
氫燃料電池原理
氫燃料電池是使用氫元素制造能量的裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。雖然被稱(chēng)為“電池”，但與干電池、蓄電池這類(lèi)儲(chǔ)能裝置相比，氫燃料電池嚴(yán)格地說(shuō)是一種發(fā)電裝置，如同發(fā)電廠一樣。
在 20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域，"阿波羅"飛船就曾安裝過(guò)。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前氫燃料電池得到了更為廣泛的應(yīng)用。例如作為新能源汽車(chē)技術(shù)路線之一，氫燃料電池汽車(chē)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引發(fā)了關(guān)注，包括通用、福特、豐田、奔馳、寶馬、克萊斯勒等大公司都開(kāi)發(fā)研制成功了自己的氫燃料電池汽車(chē)。
德國(guó)212潛艇是燃料電池技術(shù)的先行者
在軍事領(lǐng)域，氫燃料電池也是新寵。如2002年3月德國(guó)制造的212 A型常規(guī)潛艇就采用了燃料電池和柴電動(dòng)力聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng), 據(jù)報(bào)道該型潛艇的水中連續(xù)潛航就能達(dá)到2~3周。單靠燃料電池航行時(shí),其航速可達(dá)8節(jié);當(dāng)以4.5節(jié)航速潛航時(shí),該電池系統(tǒng)還可提供11 千瓦的生活用電,同時(shí)續(xù)航力可達(dá)2315 千米 ,潛航時(shí)間達(dá)278小時(shí)。
2、未來(lái)內(nèi)燃機(jī)的有力競(jìng)爭(zhēng)者
而此次的消息則預(yù)示氫燃料電池將會(huì)在地面機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)上大放異彩。
相比于被廣泛使用傳統(tǒng)柴油機(jī)，
氫燃料電池具備很多優(yōu)勢(shì)：
首先，氫燃料電池工作過(guò)程不涉及燃燒，因此無(wú)機(jī)械損耗及腐蝕，電池所產(chǎn)生的電能可以直接被用在推動(dòng)車(chē)輛的車(chē)輪上，從而省略了機(jī)械傳動(dòng)裝置。研究表明，燃料電池理論效率可達(dá)90%，實(shí)際效率約為40% ～ 60%，在常用工作范圍內(nèi)明顯高于傳統(tǒng)柴油機(jī)。
其次，由于燃料電池機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件較少，振動(dòng)噪聲也較低。如 11 兆瓦大功率燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的噪聲水平通常低于 55 分貝.可使得車(chē)輛行動(dòng)噪聲有效降低，減少被敵方發(fā)現(xiàn)的幾率。同時(shí)，燃料電池自身的反應(yīng)殘留物主要為水蒸氣，既無(wú)污染，也可減少車(chē)輛排氣熱輻射，有效提升整車(chē)隱蔽性。
第三，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變動(dòng)的響應(yīng)速度較快，對(duì)超過(guò)額定功率的過(guò)載承受性較好，在計(jì)算機(jī)的幫助下還可以對(duì)不同的車(chē)輪實(shí)施不同的功率輸出，利于克服不同的地形，如橫向泊車(chē)、原地90°~180°轉(zhuǎn)向等都會(huì)變得輕而易舉。
第四，燃料適應(yīng)性強(qiáng)，含有氫原子的物質(zhì)均可用作燃料電池的燃料。除了水之外，現(xiàn)有的燃料如汽油、柴油、烷類(lèi)氣體和天然氣都可以提取氫氣，還能大減少對(duì)石油的依賴(lài)。
“全電戰(zhàn)車(chē)”是地面作戰(zhàn)平臺(tái)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一
在2016年，美國(guó)雪佛蘭公司就已經(jīng)發(fā)布了其全新的軍用燃料電池車(chē)。該燃料電池車(chē)由美國(guó)通用汽車(chē)公司與美國(guó)陸軍坦克車(chē)輛研發(fā)工程中心基于“科羅拉多”皮卡合作研發(fā)，名為“科羅拉多ZH2”。而隨著“全電戰(zhàn)車(chē)”概念不斷得到各國(guó)軍方的認(rèn)可，氫燃料電池的應(yīng)用前景將會(huì)非常廣闊。不過(guò)也應(yīng)看到的是，氫燃料電池也存在自身的缺陷，如其催化劑主要使用價(jià)格昂貴的鉑金，成本很高；另外基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善、制氫能耗較高等問(wèn)題也制約著該產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此氫燃料電池要想大規(guī)模替換內(nèi)燃機(jī)仍需時(shí)日。
氫燃料電池是使用氫元素制造能量的裝置。其基本原理是把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。由于效率高、噪聲低、振動(dòng)小、工作時(shí)無(wú)污染，氫燃料電池在未來(lái)的各種作戰(zhàn)平臺(tái)上有著廣泛的應(yīng)用前景。
作者 | 蘭順正
