鉅大LARGE | 點擊量:1165次 | 2019年10月14日
鋰離子電池將成為未來戰(zhàn)場的新型動力源
作為新一代可充電電源,鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、安全性能高等優(yōu)點,是當前充電電池的主流發(fā)展方向。它還具有低維護需求和無記憶效應等特點,在特種中可隨時充放電,且?guī)缀醪恍枞魏螒?zhàn)場維護,減少后勤負擔,因此受到各國軍隊的重視和發(fā)展。近年來,鋰離子電池被廣泛用于特種特種系統(tǒng)、特種、無人機、空天飛行器等特種裝備,在陸、海、空、天領域展示出廣闊的應用前景。
優(yōu)勢不可替代
鋰離子電池是繼鎳氫等傳統(tǒng)蓄電池之后的新一代可充電電池,由日本索尼公司于1990年最先研發(fā)成功。鋰離子電池工作原理簡單,具有較好的安全性和較長的充放電壽命,被認為是新型動力源的首選。
鋰離子電池在特種應用中具有以下優(yōu)點。工作電壓高。一節(jié)鋰離子電池的放電電壓相當于3節(jié)傳統(tǒng)蓄電池,同等使用條件下,大大減少電池使用量。能量密度高。是普通蓄電池的2至3倍,加上體積小、重量輕,用于野戰(zhàn)便攜式電子設備有不可替代的優(yōu)勢。循環(huán)使用壽命長。使用壽命長達10至15年,與傳統(tǒng)蓄電池7至8年相比,降低了造價高昂帶來的影響。無環(huán)境污染。不含鉛、汞等重金屬,是一種潔凈的“綠色”能源。無記憶效應。可隨意充放電,尤其在戰(zhàn)時和緊急情況下顯示出優(yōu)異的使用性能。低維護率。幾乎不需要任何維護,減少戰(zhàn)時后勤負擔。此外,還有安全性能高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。
近年來,各國將鋰離子電池作為替代傳統(tǒng)蓄電池的新型電池大力發(fā)展,新型鋰離子電池具備諸多特色,在便攜式電子設備應用方面展現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢。
趨于可彎曲輕量化。隨著小型化、便攜式、可穿戴電子裝備日益增多,要求與之適配的電源具有重量輕、體積小、比能量高、可任意形變等特點,鋰離子電池憑借優(yōu)異性能成為上述電子設備的首選電源。2013年,美軍研發(fā)出一款可拉伸的鋰離子電池,能內(nèi)置手表腕帶中,為特種智能手表等裝置供電。日本新推出一種柔性超薄鋰離子電池,在彎曲折疊后依然保持穩(wěn)定的電量輸出。該電池的另一個技術亮點是采用無線充電技術,使可穿戴設備無需專門設計電池安裝區(qū)域。
能量密度持續(xù)提高。促進鋰離子電池發(fā)展的一大因素是新興電池材料的應用。近年來,隨著多種新型電極材料被應用,大大提升鋰離子電池的能量密度、循環(huán)使用壽命和穩(wěn)定性等關鍵性能。另外,鋰離子電池的制造工藝也取得多項技術突破。日本新型耐高溫全固態(tài)鋰離子電池,在150℃的高溫環(huán)境中仍具備良好的導電性能,此項技術擴大鋰離子電池的應用范圍。美國采用噴涂工藝可大面積制造鋰離子電池,幾乎可以在所有物體表面形成電池,可進一步提高戰(zhàn)場能源的保障能力。
安全性能取得技術突破。高安全性是特種裝備對鋰離子電池的剛性要求,保證電池在受到高強度打擊和沖擊時絕對安全,主要通過使用高安全材料和優(yōu)化電池結構實現(xiàn)。2017年1月,美國斯坦福大學研發(fā)出一種含有阻燃劑的微型“智能”纖維,插在電池的電極之間,可阻止電池短路起火。在測試中,當鋰離子電池溫度達到160℃以上時,阻燃劑會被釋放到電解質中,確保電池安全。
未來特種裝備的主選
鋰離子電池作為動力源,近年來被廣泛應用在特種電子設備、特種、特種、無人機中,展現(xiàn)出良好的使用性能,逐漸成為特種裝備的重要能源。
特種特種系統(tǒng)的首選電源。鋰離子電池作為目前性能最好的蓄電池,不僅能為戰(zhàn)場上的特種電子設備提供持久穩(wěn)定電源,還可大大減輕特種負重,增強特種特種的靈活性和機動性,成為未來特種裝備的首選電源。美陸軍開發(fā)的“士兵適形電池”,就是一種可穿戴的鋰離子聚合物電池,外形輕薄,排列放置在士兵穿著的防彈板上,減輕士兵承重。英國特種部將鋰離子電池作為特種特種系統(tǒng)補給能源,研制的袋狀鋰離子電池具有超高比能量。此外,當前世界各國軍隊研發(fā)的未來士兵特種系統(tǒng)大多采用鋰離子電池作為動力源,如美國“陸地勇士”特種特種系統(tǒng)和德國“未來士兵”系統(tǒng)都使用鋰離子電池。
海上裝備的“能源新寵”。鋰離子電池用作特種的動力源,可極大提高特種航速、續(xù)航里程、生存能力,降低特種維護成本。近年來,多國海軍將鋰離子電池應用于微型特種,同時開發(fā)適用于中遠程特種的鋰離子電池。例如,法軍天蝎級特種裝備新一代鋰離子電池,能夠承受大電流充電,使特種充電時間大幅縮短,水下續(xù)航時間翻倍。
鋰離子電池用于特種,可大幅降低特種動力部分的體積和重量,并能在訓練中反復使用,滿足特種訓練需求。目前,法國海軍已成功開發(fā)鋰離子電池特種,運行速度超過50節(jié)(92.5千米/小時),續(xù)航時間超過1小時,可靠性和安全性均滿足特種性能要求。此外,外軍還探索將鋰離子電池用作水面艦艇的電力系統(tǒng)。
空天飛行器的“第三代電源”。鋰離子電池被稱為第三代航天電源,近年來逐步應用于各類航天設備。例如,新式鋰離子電池已經(jīng)用作國際太空站電源。在特種特種領域,鋰離子電池主要應用于小型、微型無人機。美軍在阿富汗戰(zhàn)爭中投入使用的“龍眼”無人特種,采用鋰離子電池作為動力源,已在特種中得到檢驗。不過總體看,鋰離子電池在這一領域的應用仍處于起步階段,主要制約因素是小型化不足、動力不夠等。
大型裝備的動力源不足。在地面裝備中,鋰離子電池主要應用于特種無人地面車輛、機器人、混合電動戰(zhàn)車等。對使用油電混合驅動的地面戰(zhàn)車來說,采用鋰離子電池作為動力源不僅可以降低油耗,減少后勤負擔,還可以提高戰(zhàn)術車輛的機動力和生存能力。目前,外軍積極為混合電驅動戰(zhàn)車、無人地面車輛、地面機器人研發(fā)鋰離子電池模塊。不過,對大型地面裝備來說,鋰離子電池功率偏弱是制約其進一步應用的主要因素。因此,未來還需要繼續(xù)研發(fā)高比功率、低成本的鋰離子電池,滿足地面裝備的任務需求。
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