直接用海水发电？中国这一重要发明将解决困扰各国潜艇的能源问题

中国把困扰世界各国海军潜艇的能源问题解决了，直接用海水发电？

人类自17世纪发明出潜艇后，动力系统的能源就一直是一个难题，直至十九世纪八十年代法国制造的一艘名叫"吉姆·雷特"号的潜艇装上了蓄电池，使用一台55马力电动机作为动力系统，这才有了今天的潜艇雏形。1899年，芬贝夫制造了一艘名为"纳维尔"号的潜艇，其使用了双层体结构，并利用内外壳体之间的空间来装水，以让潜艇下潜上浮，以可充电的蓄电池作为主要能源，水下最大速度达8节，水上速度达到11节。这一重大改进，为未来的潜艇发展打下了良好基础。

"苍龙"级在世界潜艇中被当作笑话，而且不仅仅是使用锂电池的后期型号

时至今日，世界各国海军的潜艇为解决动力系统的能源问题可以说伤透了脑筋。但是，在近百年来人类还是取得了一系列突破性进展，比如传统的柴电潜艇，再比如使用斯特林发动机的AIP潜艇，以及高大上的核动力潜艇。然而，这些动力系统的能源都或多或少有着问题，传统柴电潜艇的噪音相对较大；AIP潜艇虽然噪音低一些，可因为斯特林发动机结构复杂，推进效率不高，技术难度大，掌握该技术的国家屈指可数；核动力虽然能够在理论上为潜艇提供无尽的能源，用在非军用船只上仍需小心谨慎，对于执行作战任务的军用舰艇，尤其是潜艇来说一旦战损，核反应堆泄漏后果不堪想象！此外，由于核反应堆的技术难度，世界上掌握其技术的国家也只是凤毛棱角。值得一提的是，日本的"苍龙"级潜艇后几艘舰破天荒的使用了具备充沛电量的锂电池，可以让其潜航更长时间，并且其充电速度非常快。然而，锂电池一旦破损燃烧，就会快速产生大量毒烟，这对于军事用途的潜艇来说简直是一场噩梦！大家如果不知道锂电池的致命性，大家可自行搜索电动车使用的锂电池燃烧后的危害！

为此，世界各国一直都在寻求更加有效的方法，来解决潜艇动力系统的能源问题。不仅如此，世界各国也在寻求一种可持续供电，非季节性的供电技术。挪威科学家就曾利用液体渗透性原理，从海水中获取能源。其利用海水和淡水的盐度差，即低质量浓度液体流向高质量浓度液体，用其产生的压力推动涡轮产生电能。据悉，这种发电装置是一个水箱，水箱一边是盐水，另一边是淡水，中间隔着一层只允许纯水流过的渗透膜，由于两边盐分的不同，淡水要流到另一边来降低盐水的质量浓度，接着其产生的压力就会推动涡轮。挪威在前些年就曾启动世界上首座渗透能发电设施，其产生的电能仅够一台咖啡机使用，但是这种技术为未来无污染可再生能源提供了新思路。更为重要的，这也为潜艇的动力系统能源问题的解决方案打开了另一扇窗。

值得一提的，这项利用海水淡水盐度差的主要技术在于那层渗透膜，该技术的技术困难程度严格的说虽没有舰艇使用的核反应堆高，但其仍难道了世界多国。然而，中国却在这方面走在了前列，去年年底笔者层参加了一次军民两用装备大赛的内部展，就曾见到了由天际战鹰公司应用正渗透技术的薄片式正渗透自净水包和背负式正渗透自净水袋，这两种产品前者是一次性的，后者是可重复使用的，这两种产品可以有效水源，甚至能将海水转变为海水。笔者咨询该企业专家，据悉利用渗透膜技术发电，只需将正渗透膜反过来用即可。然而，据称这项技术的发电效果还不理想，而且成本较高，因而还不能大规模使用。不过，正渗透膜技术倒是为潜艇的海水淡水装置打开了一扇新的大门，只需将大号的自净水袋放大放进潜艇里即可。

能直接利用海水发电，为长时间作业解决了不少问题

而在5月13日，有媒体报道称华东师范大学等机构的研究人员在《应用化学国际版》杂志公布了一种新型水下能源系统（张伟，陈文谦，赵晓莉，齐棠，李媛媛，沉天宇，吴凤昌，梁亮，胡江，胡明。金属有机框架实现的自动切换双模式海水能量提取系统。Angewandte Chemie International Edition，2019; DOI：10.1002 / anie.201901759），该系统造价低廉，可直接用电化学法从海水中提取能量。该系统的设计灵感来自海洋生物，很多海洋生物通过使用不同材料作为电子受体来转换其细胞呼吸的有氧/厌氧模式。该系统的关键在于普鲁士蓝制成的阴极，当阴极材料与金属阳极结合，系统就能利用海水发电了。当该系统工作时，如果功率需求小，流入阴极的电子就会进入到溶解氧中，由于海水中的溶解氧理论上是无穷无尽的，所以理论上可以说在低电流情况下可提供无限电力。然而，海水中的溶解氧浓度很低，目前的技术仍不能利用其满足大功率的用电需求。不过，据称，该发电系统在具有腐蚀性的海水中表现出了良好的稳定性，搭载其的小型水下潜航器在高能模式下连续运行了4天。