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这个能飞行4个小时无人机,在电池搞了什么“鬼”?

赵悟空 雷锋网?? 2016年04月14日 ?? 收藏1
就在上周末,科比特航空发布了一款新的无人机,4个小时的超长续航成为了这款无人机最惊艳的地方。无独有偶,上个月末,英国Intelligent Energy公司宣布,已经研制出了一种能让无人机续航两个小时的办法。目前锂电池的发展已近极限,市面上的大部消费级无人机的续航最多不过半个小时,那么这些超长续航的无人机是靠什么秘密武器得以实现的呢?

这个无人机能飞行4个小时,来看看电池搞了什么“鬼”?
科比特氢燃料无人机发布会现场

答案很简单,换电池!

无论是科比特还是Intelligent Energy,让无人机变成“超能飞”的技术核心武器主要都是一种新型的电池——氢燃料电池。

为了更加详尽的了解氢燃料电池,记者找到了为科比特氢燃料无人机提供电池的终于动力系统的副总经理李九鼎,让他就氢燃料电池做了一次科普。

燃料电池的产生与原理

燃料电池目前已经在多个领域都进行了应用尝试,虽然说法上是一种“新型电池”,其实它的出现并不新,早在1839年,英国物理学家威廉·格罗夫就制作了世界上第一个燃料电池。上世纪60年代,燃料电池就在太空探索领域发挥了一定作用。

虽名为“燃料电池”,但其产生电量的方式并不是像内燃机一样使燃料燃烧产生能量,而是在电池内部让燃料与氧或其他催化剂进行氧化还原反应,从而把燃料的化学能转化为电能。其中最常见的燃料为氢,除了氢以外,一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时也会作燃料使用。

虽然燃料不同,但大部分燃料电池的工作原理和工作模式都差不多。

燃料电池内部主要由三个相邻区段组成:阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的界面之间。用初中生的化学语言来简单描述燃料电池的工作原理,就是消耗燃料与氧发生反应,最终产生水、二氧化碳等以及电能。

这个无人机能飞行4个小时,来看看电池搞了什么“鬼”?
燃料电池原理图

在阳极上,通常需要用催化剂将燃料氧化,使燃料变成一个正电荷的离子和一个负电荷的电子。然后通过经特殊处理的电解质溶液或特殊的膜将电子和离子隔离,让离子通过电解质,阻隔电子,接着让被释放的电子穿过一条电线,因而产生电流。离子通过电解液前往阴极。一旦达到阴极,离子与电子团聚,并且与氧气反应,从而产生水或二氧化碳。

燃料电池的分类和应用

目前主流的燃料电池按电解质种类可分为主要为以下五种:碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。除此外还有一些类似于再生氢氧燃料电池(RFC)、直接醇类燃料电池(DMFC)等不常见的燃料电池。

这个无人机能飞行4个小时,来看看电池搞了什么“鬼”?
燃料电池大致分类

根据李九鼎介绍,现在市面上最有发展前景的两种就是质子交换膜燃料电池(PEMFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。他们目前主要研发的氢燃料电池就是质子交换膜的电池,这种电池需要石墨烯作为介质膜,然后用经过纳米技术处理的铂金等贵金属做催化剂,从而制成一个反应片,每个反应片能够产生0.7~0.9V的电压,如果想使用大功率,只需把反应片组合起来变成一个增压后的氢燃料电堆即可。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作温度为100℃以内,功率输出比较低,最适合用于消费级的电池需求,从电动汽车、无人机甚至于电脑、手机等,都可能实现使用质子膜燃料电池来进行供电。

此外,李九鼎也重点提到了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),因为MCFC结构比较复杂,因为它们的运行温度高导致启动时间缓慢,这使MCFC系统不适合移动应用,比较合适定位于固定式燃料电池,由于其功率输出也很高,所以更适合作为发电系统来使用。

燃料电池的优劣势

优势

氢燃料电池优势十分突出,这也就是为什么像李九鼎这样的从业者对其未来的发展持乐观态度:

?氢燃料电池可以不间断的提供稳定电力,直至燃料耗尽,并且在燃料耗尽之后,能够快速补充燃料,再次进行供电,能有效提升作业的效率。

?相对锂电池来说,氢燃料电池更能适应环境,在环境温度非常低的情况下不会出现锂电池那种断电的情况。

?寿命长,一般氢燃料电池都比锂电池的使用寿命长几十倍。

?氢燃料电池非常的环保,其消耗氢燃料产生的排放物只是水或二氧化碳等物质,并且待电池报废后,其中的膜和催化剂等材料都是可回收再利用的。

劣势

虽然有强于其他动力源的很多优势,但氢燃料电池的劣势也非常明显:

?成本太高。据李九鼎介绍,制作质子膜电池中膜的材料为石墨烯,目前市面上石墨烯的成本要近1000美金1克,另外催化剂需要用一些稀有的贵金属,这些金属本身的价值高昂不说,还需要做纳米技术处理,这就更加提升了成本。

?氢燃料源不易取得,目前加氢站的发展还处于萌芽阶段,虽然现在市面上也有很多能够买到氢气的渠道,但是往氢燃料电池中加料需要一种特殊的加压设备,这种设备也并不是很普及。

?另外,燃料的运送需要的标准也很高,不便于消费者移动和携带。

?氢燃料电池的安全性也饱受业内人士质疑,由于氢的易燃易爆性,加之氢燃料电池工作是会产生的温度也过高,更增加了其发生事故的几率。

综合来看,目前氢燃料电池的发展并不是很成熟,记者咨询了很多无人机的从业者,虽然其中很多人都承认氢燃料电池是趋势,但就目前来说,他们对其还是报一定的悲观态度,认为还不适合作为无人机的动力。当然也不乏李九鼎这样对氢燃料电池信心十足的从业者觉得,氢燃料电池的缺点瑕不掩瑜,很快就能发展成熟。

那么,未来氢燃料电池会不会成为无人机行业的刚需呢,我们还需要观望。


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锂电池? 无人机?

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