這是國(guó)內(nèi)氫燃料無(wú)人機(jī)取得的又一項(xiàng)突破。

 

       與鋰電池相比，氫燃料電池具有高續(xù)航和環(huán)保的特點(diǎn)，未來(lái)在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)如何？

 

       應(yīng)該承認(rèn)，無(wú)人機(jī)雖已在各個(gè)民用領(lǐng)域得到了應(yīng)用，卻也因?yàn)槔m(xù)航時(shí)間短飽受詬病。鋰電池是最常見(jiàn)的動(dòng)力來(lái)源，不過(guò)由于能量密度的限制，很難有較大的突破，所以很多企業(yè)和科研人員都在嘗試尋找突破口。

 

       2016年3月，我國(guó)某無(wú)人機(jī)企業(yè)發(fā)布了一款多旋翼無(wú)人機(jī)新品，搭載武漢眾宇動(dòng)力系統(tǒng)科技有限公司專為無(wú)人機(jī)研發(fā)的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，續(xù)航時(shí)間可達(dá)273分鐘。該產(chǎn)品的發(fā)布引發(fā)了業(yè)界的積極討論，在民用無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，這種超長(zhǎng)續(xù)航能力可謂驚艷，也證明了氫燃料電池有可能成為無(wú)人機(jī)行業(yè)痛點(diǎn)的解決方案。

 

       那么，氫燃料電池到底是什么呢？

 

       氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽(yáng)極，氫在陽(yáng)極變成氫離子（質(zhì)子）通過(guò)電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陰極，同時(shí)放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲(chǔ)能，確切的講應(yīng)該稱為氫發(fā)電裝置。

 

       氫燃料電池技術(shù)早在半個(gè)世紀(jì)以前就已經(jīng)登場(chǎng)，當(dāng)時(shí)是應(yīng)用于航天領(lǐng)域，往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。不過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，氫燃料電池技術(shù)因?yàn)槌杀竞椭迫〉入y題，一直處于一種高高在上的姿態(tài)，難以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，難以惠及民用。

 

       后來(lái)，汽車業(yè)發(fā)現(xiàn)了這一技術(shù)的潛力，越來(lái)越多的投身于此，氫燃料電池在業(yè)界的推動(dòng)下，終于接了點(diǎn)“地氣兒”。2008年奧運(yùn)會(huì)期間，上海大眾提供了20輛帕薩特領(lǐng)馭氫燃料電池汽車，作為奧運(yùn)之行的“綠色車隊(duì)”。2014年，豐田發(fā)布?xì)淙剂想姵仄�車Mirai并率先在日本上市，同時(shí)還宣布放棄約5680項(xiàng)燃料電池汽車專利技術(shù)，意在推動(dòng)氫動(dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化。此外，本田、雷克薩斯、奔馳等一眾國(guó)際汽車品牌也紛紛展出了自己的氫燃料電池車。

 

       當(dāng)然，車展樣車和實(shí)用性技術(shù)還有一定的差距，不過(guò)氫能依然被認(rèn)為是連接化石能源向可再生能源過(guò)渡的重要橋梁，是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)供給和循環(huán)的重要能源載體之一。

 

       氫燃料電池在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域起步較晚，聲勢(shì)不算浩大，卻一直在穩(wěn)步的發(fā)展中。最早是軍工院所和學(xué)院派起主導(dǎo)作用，后來(lái)企業(yè)加入其中，開(kāi)始了將氫燃料電池?zé)o人機(jī)產(chǎn)業(yè)化的嘗試。

 

       2012年，由遼寧通用航空研究院自主研制的“雷鳥(niǎo)”氫燃料無(wú)人機(jī)，由同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院和上海奧科賽飛機(jī)公司共同研制的氫燃料電池?zé)o人機(jī)“飛躍一號(hào)”，相繼完成試飛。

 

       2013年，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“離子虎” (Ion Tiger)無(wú)人機(jī)搭載液氫燃料，連續(xù)飛行48小時(shí)1分鐘，打破其在2009年創(chuàng)造的26小時(shí)的飛行記錄。

 

       2016年2月，蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)（SAMS）在蘇格蘭機(jī)場(chǎng)成功進(jìn)行了第一架使用固態(tài)氫動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)人機(jī)的飛行測(cè)試，起飛10分鐘運(yùn)行200英尺，并平穩(wěn)著陸。它采用的是Cella公司的氫動(dòng)力氣體發(fā)生器和Arcola集成的燃料電池，運(yùn)行原理為：氣體發(fā)生器使用專有的固態(tài)物質(zhì)，將該物質(zhì)加熱到100℃以上時(shí)可將釋放出大量的氫氣。

 

       由于之前的研究主要還是科研機(jī)構(gòu)的成果，業(yè)內(nèi)都還沒(méi)有將他們與民用扯上太多聯(lián)系，所以關(guān)注度一直不是很高。但是隨著最近兩年來(lái)，企業(yè)開(kāi)始發(fā)布?xì)淙剂想姵責(zé)o人機(jī)產(chǎn)品，氫燃料電池?zé)o人機(jī)作能否在民用領(lǐng)域真正落地的問(wèn)題，引發(fā)了越來(lái)越多的討論。

 

       那么，氫燃料電池到底有什么魅力，能被包括無(wú)人機(jī)在內(nèi)的諸多科技領(lǐng)域所青睞呢？

 

       大量實(shí)踐表明，相比于傳統(tǒng)動(dòng)力來(lái)源，氫燃料電池有著明顯的優(yōu)勢(shì)：

 

       一、高續(xù)航能力。目前市面上的多旋翼無(wú)人機(jī)主要采用鋰聚合物電池作為主要?jiǎng)恿�，續(xù)航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，因技術(shù)方面的不同有所差別，但大部分續(xù)航時(shí)間都在45分鐘以內(nèi)。2016年5月，眾宇動(dòng)力在新疆勝利達(dá)坂地區(qū)，對(duì)氫燃料電池系統(tǒng)在高原應(yīng)用中功效進(jìn)行了一系列測(cè)試。搭載其HyLite動(dòng)力系統(tǒng)的六旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的六旋翼無(wú)人機(jī)，在海拔3500米，平均風(fēng)速16m/s，陣風(fēng)18-19m/s，負(fù)重1Kg的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)飛，保持了2小時(shí)的續(xù)航。

 

       二、環(huán)保。燃料電池排出的是水蒸氣，對(duì)環(huán)境的影響可以忽略不計(jì)。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，化石燃料消耗量日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注，氫能有望成為化石燃料的替代品。

 

       三、安全。氫氣是最輕的、逃逸性最強(qiáng)的燃料，很難聚集，少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣體；燃料電池工作的整個(gè)過(guò)程溫度在80℃以下，沒(méi)有燃燒過(guò)程；海拔3000m以下，對(duì)燃料電池性能影響微乎其微。

 

不過(guò)，很多突破性成果出現(xiàn)，都不可避免地要遭受質(zhì)疑。氫燃料電池?zé)o人機(jī)所受的爭(zhēng)議大多圍繞著氫燃料的來(lái)源、存儲(chǔ)、成本及安全問(wèn)題。那么實(shí)際情況到底是什么樣呢，下面就這些問(wèn)題進(jìn)行一些剖析：

 

       一、氫氣的制取。實(shí)際上，氫氣制取的方法非常多，最常見(jiàn)的包括水電解和天然氣或甲醇等化石燃料的重整。2016年數(shù)據(jù)顯示，全球90%以上的氫氣都是通過(guò)后者的方法制取出來(lái)的，技術(shù)非常成熟，工廠車間成本大約為2.5元/m³，而在HYDrone-1800上實(shí)現(xiàn)4.5小時(shí)續(xù)航大約只消耗了3.5m³氫氣。但是現(xiàn)在氫氣還是屬于一種工業(yè)品，算上分裝、壓縮、運(yùn)輸、分銷等成本，高純氫的零售價(jià)格一般在15元/ m³左右�，F(xiàn)在許多工業(yè)國(guó)家正努力在未來(lái)實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)，將氫氣變成一種消費(fèi)品，其潛在的成本非常低廉。我們國(guó)家正在大力推廣煤制氫，氫氣成本大約為0.8-1元/m³。

 

       二、燃料電池的高昂價(jià)格。在氫燃料電池發(fā)電的過(guò)程中會(huì)用到金屬鉑作為催化劑。而金屬鉑，就是我們常說(shuō)的白金，屬于稀缺金屬，被很多人認(rèn)為是造成燃料電池成本高的一個(gè)原因。但是事實(shí)上目前燃料電池中鉑的使用量非常少，其材料成本根本不高，每kW功率燃料電池所含有的鉑的價(jià)值大約也就100-200元，而且目前用量還在不斷降低。真正造成成本高的原因是產(chǎn)業(yè)不夠成熟，產(chǎn)量太小導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。當(dāng)然單靠無(wú)人機(jī)行業(yè)可能無(wú)法將產(chǎn)量做到足夠大，但是隨著氫燃料電池在汽車等其他領(lǐng)域的普及，其成本會(huì)大幅下降，甚至低于鋰電池目前的成本水平。當(dāng)然還有很多公司和研究機(jī)構(gòu)在研究非貴金屬催化劑，有一些已經(jīng)取得了不錯(cuò)的效果。