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锂离子电池:水下军事领域应用的机遇与挑战发布日期:2022-03-23 浏览次数:0

在过去的二十年里,锂离子电池技术已在国防领域用于水下应用,例如常规潜艇、特种部队运载工具、潜航器和鱼雷。尽管在各种应用中得到了广泛使用,但是锂离子电池可被描述为一种相对不成熟的能量存储技术。锂离子电池技术最近得到了改进,并且已经成为跨越各种民用和国防应用的真正新兴技术。全球数据指出,以下列出的是锂离子电池在水下机会中的主要机遇与挑战:


一、铅酸电池的潜在替代品


锂离子电池是铅酸蓄电池的潜在替代品,铅酸蓄电池是潜艇的主要电源。与铅酸电池相比,LIB具有更高的能量密度,改善的充电和放电动力学以及更长的总体使用寿命,通常使用寿命是铅酸电池的两倍以上。所有柴油动力潜水艇都使用电池在水下静默行驶。电池由柴油机充电,这需要氧气才能运行。这要求潜水艇浮出水面,或至少浮潜,以露出潜望镜,进气口和水面上方的排气口。使用锂离子电池与铅酸电池相比,潜水艇可以在水下停留更长的时间,整个电池块中存储的能量可以为一个小镇供电数小时。锂离子电池的设计使其可以在技术上稍作改动就可以安装在任何潜艇中,从而直接替换铅酸蓄电池。


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锂离子电池对水下潜航器的续航时长十分重要


二、锂离子电池安全规定


在火灾风险方面,锂离子电池目前在包括消费电子,汽车,航空和海事部门在内的各种行业中都遇到严重的消防安全问题。国际航空运输协会(InternationalAir Transport Association)于2015年生效了第一版操作员指导文件,以减轻与锂电池有关的风险。同样,美国海军在2011年中期发布了《锂电池系统海军平台集成安全手册》,继续研究改善LIB的安全性。


三、新电池技术


当前的锂离子电池依赖于两种必不可少的金属钴和镍,损害开采它们的人以及环境。锂离子电池最近开发了一种不含钴、镍和其他重金属的新型电池,避免了与锂离子技术有关的环境和人道主义问题。当针对性能进行优化时,该电池的功率密度要高于锂离子电池,这意味着可能较小的电池可能会对电动飞机等技术产生变革。此外,特斯拉自主开发的新电池是干电池技术和超级电容器的结合。这两种技术的组合具有增加能量密度,从而增加行驶里程以及增加充电速度的潜力。


有研究开发固态电池技术。当今同类最佳的LIB电池包含液体电解质。包括固态电解质而非液态电解质的固态电池具有实现更高能量密度的潜力。结合新的电池组和电池模块的开发,可以大大延长电池的使用寿命。当前正在研发固态电池技术。它专注于两种主要材料类型:聚合物和无机化合物,旨在实现物理化学特性(例如可加工性、稳定性和导电性)的协同作用。


尽管这些发展对锂离子电池技术构成了威胁,但这并不意味着锂离子电池将在不久的将来被取代。例如,在开发出装有铅酸电池的柴电潜艇之后,已经开发了核动力,燃料电池和LIB动力潜艇,但装有铅酸电池的潜艇在全球潜艇市场上仍保持着重要地位。