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选择走氢燃料电池技术路线而对锂离子电池汽车不怎么上心的日本,为什么在29ss苍龙级潜艇上用上锂电池?

新大唐盛世
2021/5/3 7:51:46
选择走氢燃料电池技术路线而对锂离子电池汽车不怎么上心的日本,为什么在29ss苍龙级潜艇上用上锂电池?
最佳答案:

日本研发新型吸氢合金失败,担心稀土被卡脖子,最终放弃燃料电池方案

首先29SS(平成29年度潜艇计划)是日本海上自卫队的下一代常规潜艇项目,他是作为苍龙级潜艇的继代者而推出,而非现在的苍龙级潜艇,苍龙级潜艇的对应项目名称是16SS(平成16年度潜艇计划)。

▲29SS想象图,该潜艇已经开工,计划2022年下水

29SS最初是计划采用燃料电池技术作为AIP不依赖空气推进模块的,计划使用燃料电池+锂电池+柴油机的复合动力方案。燃料电池虽然储能密度高,但是不能进行反向充电,需要进行加氢的方式充能,在潜艇上是作为AIP不依赖空气情况下的应急动力来源,所以其与锂电池其实并不冲突。但是在2018年进行的高效储能和供电系统评估中,日本删除了在29SS上使用燃料电池的计划,采用大量的锂电池+柴油机的布置方案,放弃了AIP技术,潜艇在水下完全依靠锂电池储能进行工作。

▲直到2018年日本的29SS都计划使用燃料电池作为AIP动力来源

根据日本方面的说明,部分原因是日本进行的下一代AIP技术研究(燃料电池)中,关于新型吸氢合金方面重大失败。之前燃料电池的吸氢合金需要大量使用稀土,不仅价格昂贵,而且供货来源存在不稳定性因素(说白了就是世界85%的稀土产量在中国)。所以日本从2005年开始投入巨资进行新一代吸氢合金研究,不过依然失败,再加上中国大幅度削减稀土出口,难免让日本感到不安。

▲高性能吸氢合金需要铌、锆等稀土中提取元素作为催化剂,以及稀土提取成泥状金属作为氢化反应剂。而不使用稀土元料的六边形金属晶体,不仅吸氢能力只有其1/6,而且体积越大,活化越困难。所以民用汽车可以用六边形金属晶体结构代替以减少稀土用量,而军用产品要想保证性能,很难。

燃料电池是依靠氢和氧反应产生电能,因而有个很大的危险因素,储存和工作过程中会产生氢泄露。所以需要吸氢金属控制氢气释放,防止氢气泄露事故。氢气是一种极危险不稳定气体,爆炸阀值低到4.1%,对于潜艇这种密封场所来说,更容易发生氢气累积事故。2000年俄罗斯库尔斯克号核潜艇爆炸事故就是鱼雷上的过氧化氢燃料泄露,分解产生氢气导致爆炸,并殉爆了整个鱼雷舱。2017年阿根廷海军圣胡安号潜艇也是铅酸蓄电池电极电解液体产生氢气,导致爆炸沉没。所以对于潜艇使用燃料电池方面,吸氢金属是个无法绕开的必需项。

▲当年被炸的四分五裂的库尔斯克号核潜艇

另一方面日本锂电池技术上非常强,可以说是世界上绝对的领先,其在锂电池方面地位甚至远超其在燃料电池方面的地位。日本本身就是最先发明现代锂离子电池并进行工业化的国家,1991年,日本索尼和旭化成商业化了第一款钴酸锂电池,旭化成工业株式会社研究员吉野彰也因此荣获2019年的诺贝尔化学奖。直到现在,日本依然霸占世界高端锂电池市场,比如特斯拉的锂电池供应商就是松下。所以日本在这方面技术实力强劲,潜艇使用锂电池的性能、可靠性和安全性都有较大保障。

日本在2018年下水的苍龙级潜艇凰龙号是世界上第一艘采用锂电池代替铅蓄电池的常规潜艇,日本声称凰龙号潜艇在不增加重量和体积情况下,电池储能能力扩大到原先的三倍。显然日本是在凰龙上试验锂电池,并取得令人满意的结果之后,两者此消彼长之下,最终选择放弃燃料电池方案,增加锂电池数量,完全以锂电池作为水下活动供能来源。

飞翔的呱呱喵

2021/5/6 1:58:13

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