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鉛酸電池會被被新式電池取代嗎

鉅大LARGE  |  點擊量:728次  |  2018年10月20日  

連日來,很多人的朋友圈都被日本最新的鋰離子聚合物電池特種刷屏。近日,日本第11艘蒼龍級“凰龍”號常規動力特種下水,這也是世界上第一艘使用鋰離子電池作為動力的特種。


早在2014年日本海上自衛隊就宣布,2015年開工的蒼龍級特種將革命性地采用鋰離子電池。當時有國外媒體報道,日本蒼龍級特種在換裝鋰離子電池的同時還將取消原有的AIP系統,即只保留鋰電池組+柴油機的動力組合。對于這種革命性的設想,當時的觀點卻不甚統一,很多人對這種頗為激進的設計心存疑慮。“凰龍”號的下水使這種激進的設計變為現實。


瞭望智庫特約研究員易芳指出:“鋰電特種是鋰離子聚合物電池成熟情況下,作為改進AIP特種電力推進分系統的一種方式,但絕不是唯一先進的方式。”


蓄電池性能制約催生了AIP特種


特種自問世以來就以其神鬼莫測的隱蔽性、較強的突擊性,成為各個國家積極發展的海戰利器。然而早期的特種卻和人們的設想相去甚遠。在人們的設想里,特種應該和科幻小說《海底兩萬里》中的“鸚鵡螺”號那般,能長時間航行于大洋深處。但技術卻限制了人們的想象力,一直到二戰期間,各國軍隊使用的還是19世紀末期科學家們發明的柴電動力特種,即水面航行時使用內燃機,在水下航行時則使用蓄電池和電動機。而這種設計一直到今天仍然有廣泛的市場。

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由于電池技術的限制,柴電特種只能在水下航行10—100個小時,就必須充電。柴油機的運行離不開氧氣,因此必須浮上水面,或者采用通氣管。這樣一來,其隱蔽性就大大降低。為此,人們也一直在尋找各種方式,來突破這一制約,以核能作為動力就是選擇之一。美國人所設計的世界上第一艘核特種就使用了“鸚鵡螺”號的名字。但是限于各種制約,核特種始終是少數國家的專利。


對于適用范圍更廣的常規動力特種來說,究竟有沒有更好的解決辦法呢?


上百年來,由于電池技術進步緩慢,常規動力特種一直主要使用著鉛酸電池。鉛酸電池性能穩定可靠,使用的原材料易于獲得且廉價,本身結構簡單易于維護。但隨著電池技術的進步,鉛酸電池的缺點也開始被放大——其體積和重量太大,而儲電比能卻又很低,而且充滿電很費時間,也就是說比起鋰電池等后來者其能量密度比較低。


因此,要增加柴電特種水下航行的持續性和隱蔽性,提高電池的儲電能力和效率就變得非常重要。但電池技術的進步顯然不能滿足特種需求,由此人們研發了不依賴空氣的動力推進系統——AIP系統。


易芳介紹:“早期的AIP特種,如‘斯特林’發動機AIP動力核特種,主要采用熱力發動機+鉛酸蓄電池組的方式作為電力推進分系統,雖然提高了水下安全性能,但降低了水下航速,增加了系統復雜性。因此,后來又有了閉式循環柴油機動力系統、閉式循環蒸汽輪機動力系統和燃料電池動力系統等方式出現。”

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鉛酸電池必將被新式電池取代


AIP特種從一定程度上降低了特種對蓄電池的要求,但這不意味著特種就不需要更好的電池。畢竟,相較柴電特種,AIP特種的系統更為復雜。


“凰龍”號在維持規格和航速不變的情況下,使用鋰離子電池替換掉整個“斯特林”發動機的AIP動力系統和鉛酸蓄電池。


“凰龍”號所采用的這種設計使得當前最熱門的AIP特種有了新的替代方式,從技術原理上看,又變回了柴電特種。


“鉛酸電池存在一系列問題,而且根據其工作原理改進的空間十分有限,而且還需要額外的發動機供電,占用了特種過多的空間,因此一旦出現更成熟電池技術,例如鋰離子聚合物電池,就必然會被取代。”易芳說。

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