中国新型燃料电池完成3000米水深海上试验，未来是否可用于潜艇

近日，由中国科学院大连化学物理研究所研制的镁/海水燃料电池系统顺利完成了3000米水深海上试验，实现了新型镁/海水燃料电池在深海装备上的首次实际应用。

在此次海上试验中，下潜装置由“鹿岭号”深海多位点着陆器、“海鹿号”漫游者潜水器、新型“镁/海水燃料电池及组合能源系统”组成。镁/海水燃料电池系统为着陆器和潜水器提供能源，实现多级高效充供电。镁/海水燃料电池的最大下潜工作深度为3252米，累计作业时间为24.5小时，累计为系统供电达到了3.4千瓦时，充分验证了新型镁/海水燃料电池的深海供电能力及长时间放电稳定性。
大连化学物理研究所方面称，该电池系统在突破了高利用率合金阳极制备技术、长寿命阴极制备技术、全海深浮力调节技术，组合能源管理技术等关键技术的基础上，开展此次深海海试工作。
新型镁/海水燃料电池是直接利用海水，将金属镁的化学能转化为电能的电化学装置，具有能量密度高、安全性好、可全海深工作的优点，在深海着陆器、深海原位实验站等海洋装备领域具有很好的应用前景。
那么，这种新型镁/海水燃料电池能否应用于潜艇上呢？

我们知道，常规动力潜艇一般在水面或通气管状态航行时采用柴油机推进，在潜航时采用蓄电池推进，所以要经常浮到水面对蓄电池进行充电。随着世界各国反潜能力的提升，尤其是大型反潜巡逻机的使用，使得常规潜艇浮出水面充电遇到了很大的危险。于是一种新型的动力系统应运而生，它就是潜艇AIP系统。
所谓艇AIP系统，的是“不依赖空气推进系统”， 英文全称是“Air Independent Propulsion”，是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能提供推进动力和其他动力的能源系统。而AIP系统主要利用自身携带的氧气，为热机或电化学发电装置提供燃烧条件，提供水下航行所需的推进动力，所以不需要频繁上浮，可以在水下连续潜航几周时间。

目前世界上比较成熟的潜艇AIP系统主要分为三大类，分别是热机系统、电化学系统和小堆系统（核动力AIP系统）。其中热机系统包括斯特林发动机AIP系统、闭式循环汽轮机AIP系统、闭式循环柴油机AIP系统等形式。化学系统以燃料电池为主要形式，称为燃料电池AIP系统。小系统是基于低功率核动力装置的动力系统。目前使用较多的AIP系统主要有斯特林发动机系统、燃料电池系统和等闭式循环汽轮机AIP系统等。
目前世界上真正有能力掌握常规潜艇AIP技术的国家很少，只有瑞典、德国、俄罗斯、法国、加拿大、英国、美国以及中国等少数几个国家积累了比较成熟的潜艇AIP技术。

那么，这次国产的新型镁海水燃料电池，是否也能像上述几种AIP系统一样，应用于常规潜艇呢？
目前来看，功率太小，还达不到潜艇使用的要求。只有百倍级的增大才可以用到千吨级的常规潜艇上，而这个难度很大。
故只能用于很小的深潜器上，其最大优点就是可以水下安全使用。
此前，水下电池主要以锂离子电池和银锌电池等为主，为避免短路，解决方式是给电池罩个“金钟罩”，但是这样不仅会产生成本过高的问题，也会存在很大的安全隐患。我国科研人员在研究过程中使用廉价、易得的金属镁作为负极材料，镁能够与海水反应，但却不像“锂”一样“遇水就着”。同时让海水作为电解质和氧化剂，这样电池“喝海水”就能发电。

金属燃料电池具有比能量高、干态储存寿命长、放电电压平稳、成本低、使用安全等优点，可作为应急储备、野外通信和水面、水下装备等电源。其中，镁/海水燃料电池作为金属燃料电池的一种，主要应用在海洋装备中。
此前，国产镁/海水燃料电池，就曾搭载“探索一号”科考船在马里亚纳海沟海域顺利开展了两次万米试验，最大下潜深度10910米，作业时间22小时，是国际上首次在万米深渊开展试验的新型金属/海水燃料电池。
希望国产镁/海水燃料电池取得更大的发展，未来有更广泛的用途。