القرن هو عصر التطور السريع للمواد الجديدة والتكنولوجيا المتقدمة ومجموعة واسعة من التطبيقات، والاستخدام الفعال ونظيفة وآمنة من عصر الطاقة الجديدة، كقوة خلية وقود نظيفة وفعالة، لديها آفاق تطبيق واسع جدا. خلية الوقود هي التحويل المباشر من طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية، تختلف من البطارية التقليدية في أنها لا تحتاج إلى إعادة شحنها، وتحتاج فقط للحفاظ على الوقود والمؤكسد المدخلات، وناتج التفاعل تبرأ ذمته، فمن الممكن أن تقدم دون انقطاع الكهرباء. ويمكن القول خلايا الوقود هو جهاز تحويل الطاقة، مثل مصنع السيارات نفسها. وعادة ما تستخدم الهيدروجين كما يسمى خلية الوقود خلية وقود الهيدروجين. خلية وقود الهيدروجين تتكون من القطب السالب، الأنود والكهارل، الأنود من الوقود الهيدروجين، الكاثود هو الأكسجين، وأفرج عن ناتج التفاعل المياه. أي وقود الهيدروجين رد فعل الخلايا عملية التحويل الميكانيكية الحرارية الداخلية، ودورة كارنو لا يقتصر ذلك، والطاقة عالية الكفاءة تحويل وتشغيل الميكانيكية لا تتطلب معدات كبيرة، وانخفاض مستوى الضجيج، لا الحرارة، ولها خصائص الضوضاء الأشعة تحت الحمراء ممتازة، وبشكل خاص مناسبة للجيش.

كما نموذجي التكنولوجيا العالية جيش في العالم، الجيش الامريكي تعلق أهمية كبيرة على التكنولوجيات الجديدة والتطبيقات الجديدة للطاقة في السنوات الأخيرة، والملحقين العسكريين أهمية الولايات المتحدة كبيرة لتطوير خلايا الوقود، وإمدادات الطاقة للمعدات من الرجل، لدفع غاطسة تحت الماء الطائرات بدون طيار ولا الكهرباء فوق مشاريع أخرى بين الإنسان والحاسوب، ووتعزيز شاحنات عسكرية، الاستخدام المكثف للخلايا وقود الهيدروجين لتوفير قدرة امدادات الطاقة النظيفة وموثوقة وفعالة. في هذه الورقة مقدمة موجزة عن الوضع الراهن الجيش الامريكي هو تطوير تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين.

خلية وقود الهيدروجين تحت الماء UUV

تحت الماء AUV (UUV) يلعب دورا هاما في الحروب الحديثة، يمكن أن تلعب دورا في التحقيق تحت الماء، والكشف عن والهجمات. مطلوب UUV تحت الماء نظام الدفع للحصول على الطاقة عالية محددة، والسلامة والموثوقية، وخصائص منخفضة الضوضاء، ونظام بطارية ليثيوم أيون الحالية يمكن أن توفر فقط حوالي 24 ساعة من قدرة إمدادات الطاقة، والماء العمل يتطلب UUV المستمر يقع الآن أقل من متطلبات بضعة أسابيع، فمن الضروري للحصول على طاقة أعلى من نظام الدفع الطاقة، والتي، في عام 2017، وافقت وزارة الدفاع الأمريكية صندوق 6000000 $، خطط لتطوير UUV تحت الماء مع خمس سنوات من الصمت نظام الدفع.

الدراسات المختبرية أبحاث الجيش UUV تحت الماء دفع النظام باستخدام خلية وقود الهيدروجين نظام الدفع بالطاقة، وهو ما يمكن ملاحظته في الشكل 1 تخطيطي. وتنفذ نظام تداول داخلي كامل، واستخدام التخزين الأكسجين الليثيوم بيركلورات، كمصدر للهيدروجين أو الميثانول. تم الحصول على الميثانول بعد تحلل من الهيدروجين والأكسجين وفصلها عن بيركلورات الليثيوم، على التوالي، في المفاعل للرد على إنتاج الكهرباء. سيعود احتراق الهيدروجين الزائدة في الاحتراق، يتم استخدام الحرارة الناتجة لتسخين بيركلورات التدفئة والمعالج تحويل الليثيوم، للأكسجين منفصل. والحرارة المتولدة من رد فعل من بخار الماء، ويتم تكثيف كتبها مكثف وإزالة الحرارة مجزأة. خلية وقود الهيدروجين كومة 1 (أعلى اليمين). الاختبارات تظهر، كل من كومة خلية وقود الهيدروجين يمكن أن يتحقق 400W السلطة.

الهيدروجين UAV خلايا الوقود

في زمن الحرب، عندما تحتاج إلى تنفيذ بعض مهام خطيرة وصعبة جدا، وعادة ما يستخدم سيارة بدون طيار (UAV بدون طيار). الطائرات بدون طيار يمكن بكفاءة ساحة المعركة التكتيكية الاستطلاع والبيانات والصورة في الوقت الحقيقي على أرض المعركة والعودة. في العقد الماضي، وضعت الدول بسرعة. ومع ذلك، هو مدعوم من الطائرات بدون طيار الموجودة بواسطة بطارية ليثيوم أيون، ومشكلة المشاكل قدرة إمدادات الطاقة غير كافية، أرسلت كل 30 دقيقة أو نحو ذلك مهمة سوف نفاد الطاقة، الحاجة شحن الطائرات بدون طيار تعود، لذلك فمن الضروري وضع السلطة لفترة أطول، المزيد من وقود الهيدروجين نظام الطاقة خلية آمنة وموثوق بها.

عادة، تتكون من خلية وقود الهيدروجين جهاز تخزين الهيدروجين UAV آمنة وموثوق بها، ومجهزة ببطارية ليثيوم أيون ردا على ذروة الانتاج الحالي. مركبات عسكرية أمريكية بدون طيار للمتطلبات التقنية وقود الهيدروجين مفتاح خلية ما يلي:

مصدر الهيدروجين آمنة وموثوق بها، من حيث التكلفة الاقتضاء؛

يجب أن يكون نظام خلية الوقود التغيير السريع في 5 دقائق، وسهولة التشغيل.

يجب أن يكون نظام خلية الوقود خفيفة الوزن، وآمنة وموثوق بها وسهلة لإضافة الوقود وقطع التوحيد من أجل تسهيل الإنتاج الصناعي على نطاق واسع؛

يجب أن يكون الخصائص منخفضة الضوضاء، بحيث يمكن أن تطير على علو منخفض.

خلايا الوقود ونظام التحكم يجب أن تتكيف مع ارتفاع عال، والتضاريس الجبلية.

وينبغي أن يكون تكلفة إنتاج خلايا الوقود على مقربة من تكلفة بطارية ليثيوم أيون.

بالارد خلية وقود الهيدروجين الكندية لتوفير الطائرات بدون طيار التكتيكية العسكرية هو مبين في الشكل 2 (من اليسار). أي خلية وقود الهيدروجين نفذت شركة لوكهيد مارتن والبيئة والطيران، ومنتجات الشركة في التطبيق، مع قدرة قوية على التكيف وآمنة وموثوق بها، وخفيفة الوزن، ويمكن استخدامها في البيئات القاسية ويمكن أن تؤدي STV من المهام.

كما تشارك GM بنشاط في تطوير خلايا وقود الهيدروجين، وشركة تطوير خلية وقود الهيدروجين قد استخدمت على نطاق واسع في أكثر من 120 عسكري واستخدام المدنيين في السيارات الكهربائية، لديها ثروة من الخبرة المتراكمة والتكنولوجيا R & D، الشكل (3) (من اليسار) هو شركة أمريكية بلا طيار دعم نظام خلايا وقود الهيدروجين، FIG. 3 هو وقود الهيدروجين نظام توليد الخلايا، وحجم يصبح أصغر، وأداء أكثر متفوقة، ولها مجموعة واسعة من التكيف درجة الحرارة، ونظام تشغيل أكثر ملاءمة. بعد خلية وقود الهيدروجين، ويمكن زيادة القدرة على التحمل UAV إلى 8 ساعات، وصيانة بسيطة، تعبئتها فقط أقل من 15 دقيقة، ويمكن أن تكون مهمة بعد الهبوط تنفيذ إعادة.

شاحنة خلية وقود الهيدروجين الخفيف القتال

استخدام خلايا وقود الهيدروجين جميع مزايا في المعدات العسكرية أصبحت على نطاق واسع على نحو متزايد، على سبيل المثال، في القتال الشاحنات الاهتمام كما استقبل. ليلة لمكافحة مخبأة تحت تطالب الظروف الميدانية، فإن الحرارة المتولدة من المحرك لسيارة عادية جعله يتعرض إلى حد كبير في الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء، وذلك للتعامل مع هذا الوضع، وعرضت الجيش الأمريكي إلى خلية تعمل بالطاقة احتياجات سيارة وقود الهيدروجين. GM الطيار الآلي بنشاط مركز البحوث وهندسة التنمية بالتعاون مع الدبابات الأمريكية، وضعت المركبات القتالية ضوء واحد من خلية وقود الهيدروجين بالطاقة. سوف شاحنة تشيفي اختيار - كورولا الأساسية نموذج، وتحسين نظام التعليق لاستيعاب متطلبات الطرق الوعرة، مع زيادة قوة جسم السيارة، ويطلق عليها اسم نوع ZH2 هو مبين في الشكل (4).

سوف شاحنة اختار خلايا وقود الهيدروجين وبطاريات ليثيوم أيون مع وضع بالطاقة التقليدية، مقارنة مع محركات البنزين، وانخفاض مستوى الضجيج، وانبعاثات الطاقة منخفضة جدا، والضوضاء ويستخدم بشكل رئيسي في بيئات معينة التفريغ التشغيل الطاقة أعلى. في المحرك التقليدي بعد وقود الهيدروجين باستخدام فقط 5-6 كجم، 200 و 300 ميلا يمكن أن تمارس. مشتق ZH2 نوع الهيدروجين المستخدمة من ارتفاع ضغط خزانات الهيدروجين، وقد تم تصميم على التكيف مع تعزيز البيئة ساحة المعركة، يمكن أن تصمد أمام اطلاق النار بندقية من مسافة قريبة، مما يحسن كثيرا من انطباق ساحة المعركة.

شاحنة القابلة للإزالة سوف يتكون أساسا من بطارية ليثيوم أيون 50KW، يتم شحن البطارية من خلية وقود الهيدروجين الى معدات أخرى بعد السلطة حتى البطارية. منذ الخلية رد فعل الوقود من قبل المنتج هو الماء، وبالتالي، نوع ZH2 حتى يمكن تنفيذها حسب معركة الجنود إمدادات المياه. ZH2 التنمية وتجربة الإنتاج لمدة 10 عاما، منذ عام 2017، خطط الجيش الأمريكي لاستخدام سنويا لتقييم أداء هذه المركبات القتالية العسكرية الخفيفة، بما في ذلك

تشغيل صامت تقريبا، لتعزيز القدرة على مراقبة الصمت؛

لحد من الضوضاء والقدرة إشارة الأشعة تحت الحمراء.

ظروف القيادة الكهربائية قدرة الدفع الرباعي.

القدرة الرياضية في أدنى شروط إمدادات الوقود.

الاستخدام الشامل للمياه من قبل المنتج.

خلية وقود الهيدروجين وظيفة كتم الصوت منصة عالمية الكهربائية

أطلقت جنرال موتورز بعد عمليات نوع ZH2 شاحنة، والاستمرار في الاستفادة من إمكانيات تطبيقات خلايا وقود الهيدروجين في الجيش، وفي أكتوبر 2017 أطلقت خلية وقود الهيدروجين متعدد الوظائف الكهربائية منصة عالمية كتم برنامج (SURUS)، كما هو موضح في الشكل (5) .

عندما ننظر منصة مثل بعد الشاحنات الثقيلة المقطورة، يتم وضع استخدام محرك خلية وقود الهيدروجين، وذلك باستخدام النظم الآلية وأنظمة البطارية ونظام القيادة داخل المنصة، وإزالة الجزء الأمامي للمنصة، وتسليم البضائع والناس أكثر مرنة ومريحة، ويبين الشكل 5 مثالا تطبيقها، على سبيل المثال، حاوية شحن والمأوى والعمليات الطبية مثل المستودع. منصة يمكن السفر على أرض وعرة، والقدرة على الطرق الوعرة، ونظرية المسافة المقطوعة 400 ميل (حوالي 463 كم).

العامة منبر الكهربائية وظيفة كتم الصوت يستفيد من جنرال موتورز 50 عاما من الحرث العميق في مجال تكنولوجيا خلايا الوقود ونتائج البحوث العلمية، يمكن أن تعمل بشكل جيد في جميع الظروف على الأرض والبحر والجو، وما إلى ذلك، وتلبية متطلبات العمل من المدنية والعسكرية. في الوقت الحاضر، تبدأ منصة وقد تم تنفيذ عمل اختبار للخروج من أجل وضع حيز الاستخدام في أقرب وقت ممكن.

نظام امدادات الطاقة يمكن ارتداؤها الفردية

مجال آخر من مجالات تطبيق نظام الطاقة خلية وقود الهيدروجين هو رجل يمكن ارتداؤها، من الناحية المثالية، يمكن أن تحمل ما يعادل 30 من وزن الجسم للشخص الواحد والمعدات في ميدان المعركة، ولكن في معظم الحالات، والجنود تحتاج إلى معدات قتالية تحمل في كثير من الأحيان يتجاوز 100. إعداد تجسيد جيش برنامج استبدال الطاقة، وخلايا وقود الهيدروجين استبدال بطاريات ليثيوم أيون التقليدية، لتقليل الحمل من 50 من الجنود، والطلب المستقبل يمكن ارتداؤها جيش أنظمة جندي أميركي مدعوم ينظر في الشكل (6).

مركز الهندسة (CERDEC) GM وجيش الولايات المتحدة الاتصالات والالكترونيات R & D وإطلاق نوع جديد من نظام خلايا وقود الهيدروجين كمصدر للطاقة من أنظمة يمكن ارتداؤها الرجل. مركز تبحث رجل يمكن ارتداؤها المتاحة خلايا وقود الهيدروجين أمضى أكثر من عقد من الزمن، ويرجع ذلك أساسا إلى المشاكل الأمنية من أجل حل مصدر الهيدروجين. العاديين خزان الهيدروجين أو مواد تخزين الهيدروجين، عندما تعرض لإطلاق النار تنفجر، مما يؤثر على الجنود التي تهدد الحياة، وارتفاع ضغط خزانات الهيدروجين الكثير من الغموض في ساحة المعركة في ظروف الحقل أدناه، لا يمكن تلبية الاحتياجات. الهيدروجين خلية الوقود هذه هيدريد الألومنيوم الفرعي (ALH 3) مجمع كمادة تخزين الهيدروجين، هو جيد جدا الألومنيوم هيدريد مادة تخزين الهيدروجين، والتدفئة تستمر فقط لإطلاق سراح الهيدروجين والماء والهواء ولا تتفاعل كيميائيا في درجة حرارة الغرفة والاستقرار عالية، وأيضا آمن جدا في وقذف، والإفراط في التفريغ ومثل الكرة التي سددها الظروف المدمرة لل. وبعد اعتماد اختبار أداء المنتج، أجرى الجيش الاتصالات والالكترونيات R & D ومركز الهندسة أيضا عدد من اختبارات السلامة الخاصة.

1. اختبار الخصائص الكهربائية وخصائصها الحرارية والأداء في رجل توصيل وحدات تحميل تلاعب خفيفة الوزن. اختبار في درجة حرارة الغرفة حوالي 20 درجة مئوية في الظروف، ودرجة الحرارة الداخلية للمعدات حوالي 50 درجة مئوية، ودرجة الحرارة الخارجية حول نحو 30 C، أثبتت فائدة خلية وقود الهيدروجين.

2. نيو جيرسي الصحراء في الهواء الطلق في حوالي 32 ~ 37 درجة مئوية، تم اختبار حماية إمدادات الطاقة في حالة وجود ظروف الحالية المنخفضة من الاستخدام العادي، والأجهزة المحمولة البث، إلى خط اختبار 2 أيام، وتبين أن النظام يمكن أن يكون أكثر في ظروف درجات الحرارة العالية والعمل الغبار، وقت العمل المستمر يمكن الحفاظ على أكثر من 27 ساعة.

الاختبارات تظهر جنديا أمريكيا على أداء خلايا الوقود التي الفرعي راض جدا، وخاصة المضغوط، خفيفة الوزن، ويسهل حملها، ولا يؤثر على سير العمليات التكتيكية. كما الصناعي عملية التصنيع الألومنيوم هيدريد بعد أن تنضج تماما، والمشاكل اللوجستية للأمن الإمدادات، والتي خلية وقود الهيدروجين لا يمكن أن تجهز على الفور الجيش الامريكي. وتحقيقا لهذه الغاية، وزارة الطاقة الأميركية كما تعمل بنشاط في محاولة للحد من تكلفة هيدريد الألومنيوم.

أي خلية وقود الهيدروجين 7 يمكن أن ينظر إليه في FIG. الرقم 7 (أسفل اليسار) للرجل GM تطوير معدات الرفع خفيفة الوزن وحدات، FIG 7 (أعلى اليسار) الألومنيوم هيدريد خزان الهيدروجين، FIG 7 (أ) هي خلايا الوقود، FIG 7 (يمين) لنظام خلية الوقود بأكمله في حالة المعدات رجل في الفرقة وسطه.

التي مؤشرات الأداء الرئيسية خلية وقود الهيدروجين على النحو التالي:

متوسط القوة من 20W، في ذروة قوة 35W (10 دقيقة).

يسمح بفك والعمل في المناطق النائية؛

التوصيل نظام البطارية؛

بطارية قابلة للشحن المحمولة الأخرى.

واحد خزان الهيدروجين 80Wh، يوفر 811Wh / كغم كثافة الطاقة.

خلية الجهد 10 ~ 16.8V؛

توفير 300Wh / كثافة الطاقة كغ من 24 ساعة المهام؛

تزن 0.92kg فقط؛

الأبعاد الخارجية 7.0x8.0x0.81 بوصة.

ملخص

في السنوات الأخيرة، وملخص عسكري أمريكي لتطوير وتطبيق نظام خلايا وقود الهيدروجين، يمكننا العثور على الخصائص التالية.

أولا، تولي أعلى الادارة العسكرية الأمريكية أهمية كبيرة لوالمشاركة الكاملة في عملية التنمية، مثل وزارة الدفاع الأمريكية، ومختبر أبحاث الجيش الأمريكي، مختبر بحوث البحرية الأمريكية والاتصالات في الجيش الأمريكي والإلكترونيات R & D ومركز الهندسة. مسؤولون عسكريون تشارك مباشرة في برنامج التنمية، ويمكن ضمان متطلبات تشغيلية واضحة، ووضع المؤشرات الفنية التشغيلية دقيقة، ووحدة الهدف للقيام بأعمال الأبحاث والمستهدفة. في تطوير الدورة المتابعة، يمكن أن مشاركة القوات العسكرية العليا ترتيب بكفاءة الاختبارات المناسبة، وحتى بعض المنتجات في أفغانستان والعراق تم اختبارها المعركة، يمكن للقسم البحوث الحصول على ردود فعل مباشرة لأول مرة لأول مرة المشورة والمعلومات وإجراء تحسينات، ويعزز من كفاءة وتطوير المنتجات. فإن الجيش الأمريكي يستخدم أحدث التقنيات والمعدات لتحديد المثابرة، والكثير من تطوير المنتجات خلية وقود الهيدروجين بعد عشر سنوات، وهو دعم عسكري كبير لا ينفصلان.

ثانيا، إن الأبحاث الأميركية خلية وقود الهيدروجين والتنمية، متابعة الأمور السهلة أولا، بعد أول مبدأ عظيم من الصغيرة، وتبدأ من المعدات الفردية والطاقة المحمولة الميدان، قوة متوسطة امتدت تدريجيا إلى منصة للطائرات بدون طيار، من دون طيار تحت الماء والغطس، الخ ثم لعمليات نظام الطاقة ووسائل النقل، التكنولوجيا المتراكمة تدريجيا والخبرات من أجل مستقبل واسعة النطاق إرساء الأسس لاستخدام تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين. تصر القوات الامريكية على البحوث خلية وقود الهيدروجين والتنمية، بدءا من القتال الفعلي، والتمسك الموجهة للشعب، والجنود في الجبهة من متطلبات السلامة والتشغيلية في المقام الأول يتطلب ليس فقط المنتجات يجب أن تمر أمنية مشددة، اختبار المدمرة، مع ضمان عمل التكتيكات الفردية التوسع لتلبية العادات المعتادة، ويسهل حملها. التنمية الأميركية من خلايا وقود الهيدروجين تلتزم أيضا إلى استراتيجية موازية تطوير واختبار للحصول على التغذية الراجعة من عملية التنمية يمكن أن تكون ردود الفعل في الوقت المناسب لتحسين المنتج وتحسين كبير في كفاءة البحث والتطوير، وتقصير دورة التنمية.

وباختصار، فإن تطبيقات خلايا وقود الهيدروجين في الجيش الأمريكي تتكشف شيانغ كاي شيك، واتجاه التنمية جيدة المستقبل. العسكري هذا الوضع الولايات المتحدة، وضمان فعالية مكانتها الرائدة في خلية وقود الهيدروجين في المجال العسكري، يمكننا أن نتعلم من.

استشارات تكنولوجيا شركة ترجمت هذه التكنولوجيا بوساي سي استشارة فريق \ ترجمة بوساي معلومات سي المحدودة: المصدر

الكاتب: لي جين فنغ قوه والخزينة