就在上週末，科比特航空發佈了一款新的無人機，4個小時的超長續航成為了這款無人機最驚豔的地方。無獨有偶，上個月末，英國Intelligent Energy公司宣佈，已經研製出了一種能讓無人機續航兩個小時的辦法。
目前鋰電池的發展已近極限，市面上的大部消費級無人機的續航，最多不過半個小時，那麼這些超長續航的無人機，是靠什麼秘密武器得以實現的呢？
科比特氫燃料無人機發佈會現場
答案很簡單，換電池！
無論是科比特還是Intelligent Energy，讓無人機變成“超能飛”的技術核心武器，主要都是一種新型的電池——氫燃料電池。
為了更加詳盡的瞭解氫燃料電池，記者找到了為科比特氫燃料無人機提供電池的終於動力系統的副總經理李九鼎，讓他就氫燃料電池做了一次深入淺出的解說。
▌燃料電池的產生與原理
燃料電池(Fuel Cell)目前已經在多個領域，都進行了應用嘗試，雖然說法上是一種“新型電池”，其實它的出現並不新，早在1839年，英國物理學家威廉·格羅夫就製作了世界上第一個燃料電池。上世紀60年代，燃料電池就在太空探索領域發揮了一定作用。
雖名為“燃料電池”，但其產生電量的方式，並不是像內燃機一樣使燃料燃燒產生能量，而是在電池內部，讓燃料與氧或其他催化劑進行氧化還原反應，從而把燃料的化學能轉化為電能。其中最常見的燃料為氫，除了氫以外，一些碳氫化合物，例如天然氣、醇、和甲烷等，有時也會作燃料使用。
雖然燃料不同，但大部分燃料電池的工作原理和工作模式都差不多。
燃料電池內部主要由三個相鄰區段組成：陽極、電解質和陰極。兩個化學反應發生在三個不同區段的介面之間。用國中生的化學語言，來簡單描述燃料電池的工作原理，就是消耗燃料與氧發生反應，最終產生水、二氧化碳等以及電能。
燃料電池原理圖
在陽極上，通常需要用催化劑將燃料氧化，使燃料變成一個正電荷的離子，和一個負電荷的電子。然後通過經特殊處理的電解質溶液，或特殊的膜將電子，和離子隔離，讓離子通過電解質，阻隔電子，接著讓被釋放的電子穿過一條電線，因而產生電流。離子通過電解液前往陰極。
一旦達到陰極，離子與電子團聚，並且與氧氣反應，從而產生水或二氧化碳。
▌燃料電池的分類和應用
目前主流的燃料電池按電解質種類，可分為主要為以下五種：鹼性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）。除此外還有一些類似于再生氫氧燃料電池(RFC)、直接醇類燃料電池（DMFC）等不常見的燃料電池。
燃料電池大致分類
根據李九鼎介紹，現在市面上最有發展前景的兩種，就是質子交換膜燃料電池（PEMFC）和熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）。
他們目前主要研發的氫燃料電池，就是質子交換膜的電池，這種電池需要石墨烯作為介質膜，然後用經過奈米技術處理的鉑金等貴金屬做催化劑，從而製成一個反應片，每個反應片能夠產生0.7~0.9V的電壓，如果想使用大功率，只需把反應片組合起來，變成一個增壓後的氫燃料電堆即可。
其中質子交換膜燃料電池（PEMFC）工作溫度為100℃以內，功率輸出比較低，最適合用於消費級的電池需求，從電動汽車、無人機甚至於電腦、手機等，都可能實現，使用質子膜燃料電池來進行供電。
此外，李九鼎也重點提到了熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），因為MCFC結構比較複雜，因為它們的運行溫度高導致啟動時間緩慢，這使MCFC系統不適合行動應用，比較合適定位於固定式燃料電池，由於其功率輸出也很高，所以更適合作為發電系統來使用。
▌燃料電池的優劣勢
優勢
氫燃料電池優勢十分突出，這也就是為什麼像李九鼎這樣的從業者，對其未來的發展持樂觀態度：
- 氫燃料電池可以不間斷的提供穩定電力，直至燃料耗盡，並且在燃料耗盡之後，能夠快速補充燃料，再次進行供電，能有效提升作業的效率。
- 相對鋰電池來說，氫燃料電池更能適應環境，在環境溫度非常低的情況下不會出現鋰電池那種斷電的情況。
- 壽命長，一般氫燃料電池都比鋰電池的使用壽命長幾十倍。
- 氫燃料電池非常的環保，其消耗氫燃料產生的排放物只是水或二氧化碳等物質，並且待電池報廢後，其中的膜和催化劑等材料都是可回收再利用的。
劣勢
雖然有強於其他動力源的很多優勢，但氫燃料電池的劣勢也非常明顯：
- 成本太高。據李九鼎介紹，製作質子膜電池中膜的材料為石墨烯，目前市面上石墨烯的成本要近1000美金1克，另外催化劑需要用一些稀有的貴金屬，這些金屬本身的價值高昂不說，還需要做納米技術處理，這就更加提升了成本。
- 氫燃料源不易取得，目前加氫站的發展還處於萌芽階段，雖然現在市面上也有很多能夠買到氫氣的管道，但是往氫燃料電池中加料需要一種特殊的加壓設備，這種設備也並不是很普及。
- 另外，燃料的運送需要的標準也很高，不便於消費者移動和攜帶。
- 氫燃料電池的安全性也飽受業內人士質疑，由於氫的易燃易爆性，加之氫燃料電池工作是會產生的溫度也過高，更增加了其發生事故的幾率。
綜合來看，目前氫燃料電池的發展並不是很成熟，記者諮詢了很多無人機的從業者，雖然其中很多人都承認氫燃料電池是趨勢，但就目前來說，他們對其還是報一定的悲觀態度，認為還不適合作為無人機的動力。
當然也不乏李九鼎這樣對氫燃料電池信心十足的從業者覺得，氫燃料電池的缺點瑕不掩瑜，很快就能發展成熟。
那麼，未來氫燃料電池會不會成為無人機行業的剛需呢，我們還需要觀望。
沒有留言:
張貼留言