科比特氫燃料無人機(jī)發(fā)布會現(xiàn)場
燃料電池原理圖
2016年4月初，深圳科比特航空發(fā)布了一款新的無人機(jī)，4個小時的超長續(xù)航成為了這款無人機(jī)最驚艷的地方。無獨(dú)有偶，上個月末，英國Intelligent Energy公司宣布，已經(jīng)研制出了一種能讓無人機(jī)續(xù)航兩個小時的辦法。目前鋰電池的發(fā)展已近極限，市面上的大部消費(fèi)級無人機(jī)的續(xù)航最多不過半個小時，那么這些超長續(xù)航的無人機(jī)是靠什么秘密武器得以實(shí)現(xiàn)的呢？
答案很簡單，換電池！
無論是科比特還是其他任何一家公司，讓無人機(jī)變成“超能飛”的技術(shù)核心武器主要都是一種新型的電池——氫燃料電池。
為了更加詳盡的了解氫燃料電池，雷鋒網(wǎng)（搜索“雷鋒網(wǎng)”公眾號關(guān)注）記者找到了為科比特氫燃料無人機(jī)提供電池的終于動力系統(tǒng)的副總經(jīng)理李九鼎，讓他就氫燃料電池做了一次科普。
燃料電池的產(chǎn)生與原理
燃料電池目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域都進(jìn)行了應(yīng)用嘗試，雖然說法上是一種“新型電池”，其實(shí)它的出現(xiàn)并不新，早在1839年，英國物理學(xué)家威廉·格羅夫就制作了世界上第一個燃料電池。上世紀(jì)60年代，燃料電池就在太空探索領(lǐng)域發(fā)揮了一定作用。
雖名為“燃料電池”，但其產(chǎn)生電量的方式并不是像內(nèi)燃機(jī)一樣使燃料燃燒產(chǎn)生能量，而是在電池內(nèi)部讓燃料與氧或其他催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其中最常見的燃料為氫，除了氫以外，一些碳?xì)浠衔锢缣烊粴狻⒋?、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(nèi)部主要由三個相鄰區(qū)段組成：陽極、電解質(zhì)和陰極。兩個化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個不同區(qū)段的界面之間。用初中生的化學(xué)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(fā)生反應(yīng)，最終產(chǎn)生水、二氧化碳等以及電能。
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(fù)電荷的電子。然后通過經(jīng)特殊處理的電解質(zhì)溶液或特殊的膜將電子和離子隔離，讓離子通過電解質(zhì)，阻隔電子，接著讓被釋放的電子穿過一條電線，因而產(chǎn)生電流。離子通過電解液前往陰極。一旦達(dá)到陰極，離子與電子團(tuán)聚，并且與氧氣反應(yīng)，從而產(chǎn)生水或二氧化碳。
燃料電池的分類和應(yīng)用
目前主流的燃料電池按電解質(zhì)種類可分為主要為以下五種：堿性燃料電池（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(zhì)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(jù)李九鼎介紹，現(xiàn)在市面上最有發(fā)展前景的兩種就是質(zhì)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(fā)的氫燃料電池就是質(zhì)子交換膜的電池，這種電池需要石墨烯作為介質(zhì)膜，然后用經(jīng)過納米技術(shù)處理的鉑金等貴金屬做催化劑，從而制成一個反應(yīng)片，每個反應(yīng)片能夠產(chǎn)生0.7~0.9V的電壓，如果想使用大功率，只需把反應(yīng)片組合起來變成一個增壓后的氫燃料電堆即可。其中質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）工作溫度為100℃以內(nèi)，功率輸出比較低，最適合用于消費(fèi)級的電池需求，從電動汽車、無人機(jī)甚至于電腦、手機(jī)等，都可能實(shí)現(xiàn)使用質(zhì)子膜燃料電池來進(jìn)行供電。
此外，李九鼎也重點(diǎn)提到了熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），因?yàn)镸CFC結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兊倪\(yùn)行溫度高導(dǎo)致啟動時間緩慢，這使MCFC系統(tǒng)不適合移動應(yīng)用，比較合適定位于固定式燃料電池，由于其功率輸出也很高，所以更適合作為發(fā)電系統(tǒng)來使用。
燃料電池的優(yōu)劣勢
優(yōu)勢
氫燃料電池優(yōu)勢十分突出，這也就是為什么像李九鼎這樣的從業(yè)者對其未來的發(fā)展持樂觀態(tài)度：
氫燃料電池可以不間斷的提供穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡，并且在燃料耗盡之后，能夠快速補(bǔ)充燃料，再次進(jìn)行供電，能有效提升作業(yè)的效率。
相對鋰電池來說，氫燃料電池更能適應(yīng)環(huán)境，在環(huán)境溫度非常低的情況下不會出現(xiàn)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(huán)保，其消耗氫燃料產(chǎn)生的排放物只是水或二氧化碳等物質(zhì)，并且待電池報(bào)廢后，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(qiáng)于其他動力源的很多優(yōu)勢，但氫燃料電池的劣勢也非常明顯：
成本太高。據(jù)李九鼎介紹，制作質(zhì)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(jià)值高昂不說，還需要做納米技術(shù)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(fā)展還處于萌芽階段，雖然現(xiàn)在市面上也有很多能夠買到氫氣的渠道，但是往氫燃料電池中加料需要一種特殊的加壓設(shè)備，這種設(shè)備也并不是很普及。
另外，燃料的運(yùn)送需要的標(biāo)準(zhǔn)也很高，不便于消費(fèi)者移動和攜帶。
氫燃料電池的安全性也飽受業(yè)內(nèi)人士質(zhì)疑，由于氫的易燃易爆性，加之氫燃料電池工作是會產(chǎn)生的溫度也過高，更增加了其發(fā)生事故的幾率。
綜合來看，目前氫燃料電池的發(fā)展并不是很成熟，記者咨詢了很多無人機(jī)的從業(yè)者，雖然其中很多人都承認(rèn)氫燃料電池是趨勢，但就目前來說，他們對其還是報(bào)一定的悲觀態(tài)度，認(rèn)為還不適合作為無人機(jī)的動力。當(dāng)然也不乏李九鼎這樣對氫燃料電池信心十足的從業(yè)者覺得，氫燃料電池的缺點(diǎn)瑕不掩瑜，很快就能發(fā)展成熟。
那么，未來氫燃料電池會不會成為無人機(jī)行業(yè)的剛需呢，我們還需要觀望。
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