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近日，美國媒體報道稱，來自美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部地面車輛系統(tǒng)中心（GVSC）和美國陸軍研究實驗室的科學(xué)家們繼續(xù)在研發(fā)新型氫燃料電池作戰(zhàn)車輛，包括坦克和步兵戰(zhàn)車。根據(jù)地面車輛系統(tǒng)中心的最新數(shù)據(jù)，美國陸軍正在探索和評估燃料電池發(fā)電技術(shù)，包括氫燃料電池技術(shù)及其支持設(shè)備，為未來美國陸軍地面車輛系統(tǒng)提供戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢。不難看出，氫燃料電池未來將可能成為各類軍用作戰(zhàn)平臺的新“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極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負載到達陰極，把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。雖然被稱為“電池”，但與干電池、蓄電池這類儲能裝置相比，氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(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。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技術(shù)路線之一，氫燃料電池汽車已經(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發(fā)研制成功了自己的氫燃料電池汽車。
德國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月德國制造的212 A型常規(guī)潛艇就采用了燃料電池和柴電動力聯(lián)合推進系統(tǒng), 據(jù)報道該型潛艇的水中連續(xù)潛航就能達到2~3周。單靠燃料電池航行時,其航速可達8節(jié);當(dāng)以4.5節(jié)航速潛航時,該電池系統(tǒng)還可提供11 千瓦的生活用電,同時續(xù)航力可達2315 千米 ,潛航時間達278小時。
2、未來內(nèi)燃機的有力競爭者
而此次的消息則預(yù)示氫燃料電池將會在地面機動作戰(zhàn)平臺上大放異彩。
相比于被廣泛使用傳統(tǒng)柴油機，
氫燃料電池具備很多優(yōu)勢：
首先，氫燃料電池工作過程不涉及燃燒，因此無機械損耗及腐蝕，電池所產(chǎn)生的電能可以直接被用在推動車輛的車輪上，從而省略了機械傳動裝置。研究表明，燃料電池理論效率可達90%，實際效率約為40% ～ 60%，在常用工作范圍內(nèi)明顯高于傳統(tǒng)柴油機。
其次，由于燃料電池機械運動部件較少，振動噪聲也較低。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.可使得車輛行動噪聲有效降低，減少被敵方發(fā)現(xiàn)的幾率。同時，燃料電池自身的反應(yīng)殘留物主要為水蒸氣，既無污染，也可減少車輛排氣熱輻射，有效提升整車隱蔽性。
第三，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)對負荷變動的響應(yīng)速度較快，對超過額定功率的過載承受性較好，在計算機的幫助下還可以對不同的車輪實施不同的功率輸出，利于克服不同的地形，如橫向泊車、原地90°~180°轉(zhuǎn)向等都會變得輕而易舉。
第四，燃料適應(yīng)性強，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、烷類氣體和天然氣都可以提取氫氣，還能大減少對石油的依賴。
“全電戰(zhàn)車”是地面作戰(zhàn)平臺的主要發(fā)展趨勢之一
在2016年，美國雪佛蘭公司就已經(jīng)發(fā)布了其全新的軍用燃料電池車。該燃料電池車由美國通用汽車公司與美國陸軍坦克車輛研發(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”概念不斷得到各國軍方的認可，氫燃料電池的應(yīng)用前景將會非常廣闊。不過也應(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)燃機仍需時日。
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極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負載到達陰極，把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。由于效率高、噪聲低、振動小、工作時無污染，氫燃料電池在未來的各種作戰(zhàn)平臺上有著廣泛的應(yīng)用前景。
作者 | 蘭順正
