傳統(tǒng)柴油發(fā)電電源存在環(huán)境適應(yīng)性差、發(fā)電效率低、噪聲大，用能方式單一，保障性差，運輸困難。當(dāng)面臨瞬息萬變的復(fù)雜的環(huán)境，以及越來越精密化、多樣化任務(wù)時，特別在高寒、高溫、高濕度、高鹽分的作業(yè)環(huán)境下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將難以擔(dān)負(fù)重任。新形勢下對電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)提出了高環(huán)境適應(yīng)性、長續(xù)航力、高比功率、高隱身性的發(fā)展需求。

解決方案

燃料電池是一種清潔高效的發(fā)電技術(shù)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

①具有高功率密度和高能量密度，電池堆質(zhì)量功率密度和體積功率密度均大于鋰電、鉛電；

②電池的反應(yīng)產(chǎn)物為水，沒有黑煙和有毒氣體排放，是理想的清潔可靠能源供給源；

③噪音相對于柴油發(fā)電機小，一般小于60 dB或更低，遠(yuǎn)低于柴油發(fā)動機的100 dB；

④燃料電池發(fā)電本質(zhì)為電化學(xué)過程，沒有燃燒等劇烈放熱反應(yīng)，具有較強隱蔽性。

燃料電池動力系統(tǒng)將有著更廣的作業(yè)范圍、更高的效率、更優(yōu)越的隱身性、更強的控制力及靈活性。

基于新形勢下的新需求，團(tuán)隊開發(fā)以下四項主要成果：

①以燃料電池為核心動力的無人水面船舶系統(tǒng)：針對燃料電池?zé)o人船的輕重量、高續(xù)航、長壽命需求，開展長續(xù)航燃料電池?zé)o人水面船舶系統(tǒng)研究；

②氫空燃料電池攜行保障電源：針對攜行保障電源的輕量化、長續(xù)航、多地域需求，重點開展可適應(yīng)高寒環(huán)境的高功率密度氫空燃料電池技術(shù)研究；

③燃料電池應(yīng)急電源系統(tǒng)：針對備用電源系統(tǒng)的高環(huán)境適應(yīng)性需求，開發(fā)適用于高寒、高溫、高濕度、高鹽分的燃料電池應(yīng)急電源系統(tǒng)；

④燃料電池?zé)o人車：針對交通運載工具動力系統(tǒng)清潔化、低碳化需求，開發(fā)燃料電池觀光車。

主要技術(shù)要點包括：

①開發(fā)高比功率燃料電池電堆減輕動力系統(tǒng)重量；

②探究燃料電池衰減機制并提出穩(wěn)定化運行策略以解決長時間運行帶來的性能衰減問題，大幅度提升無人船的長期連續(xù)性工作能力；為滿足巡航動力需求提供技術(shù)支撐；

③采用高燃料利用率船用燃料電池動力系統(tǒng)設(shè)計和智能匹配技術(shù)提升能量利用效率增強續(xù)航；

④通過高比功率電堆的優(yōu)化設(shè)計與保障電源一體化設(shè)計，提高系統(tǒng)的電效率及功率密度；

⑤通過研究氫空燃料電池高寒環(huán)境下的傳熱傳質(zhì)協(xié)同強化技術(shù)，突破高寒環(huán)境下氫空燃料電池啟動困難的問題，提高氫空燃料電池高寒環(huán)境適應(yīng)性，實現(xiàn)基于氫空燃料電池系統(tǒng)的電源在-40℃環(huán)境下長期存儲與快速啟動。

圖1 成果展示

技術(shù)指標(biāo)

表1 主要成果技術(shù)指標(biāo)表