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便携式氢燃料电池 为军用装备注入活力
2019-01-07 10:03:31 来源: 科技日报
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  小朋友能一手合握,你见过如此迷你轻便的氢燃料电池吗?这是北京大学化学与分子工程学院教授李星国团队研发的便携式氢燃料电池,这款电池使用25克的氢燃料棒,实际发电量可达25Wh,而一台常用的手机电池电量为15Wh。

  “便携式氢燃料电池可以为手提电脑、相机甚至户外作业耗电机器持续提供电能,供电时间成倍高于各类蓄电池,也不会像普通的蓄电池一样耗时充电,不仅具有广泛的民用市场,还大有军用装备领域的发展空间。”该实验室副教授郑捷在接受科技日报记者采访时表示,他所在的团队凭借着该技术走上了“参军”的道路。

  便携式氢燃料电池成“潜力股”

  “效率高、无噪声、环境友好是氢燃料电池的三大优势。业界也都认为氢能与燃料电池产业是一个长期的朝阳产业。”郑捷表示,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换,这是氢燃料电池高效的秘诀;运行安静,噪声大约只有55分贝,相当于人们正常会话的水平;氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应,反应产物只有水,污染近乎为零。与普通的氢燃料电池相比,研发难度更大、集成度更高的便携式氢燃料电池在人们户外休闲、作业和军队执行野外任务过程中都能够扮演重要的角色。

  “便携式氢燃料电池凭借诸多优势具有广泛的应用前景,但必须以氢气为燃料,而我们团队最擅长的领域正是储氢材料,其中MgH2是最具有应用前景的。”郑捷告诉记者,MgH2的作用是将氢以原子态形式存储在材料内部的空隙中,需要时通过与水的反应将氢释放出来,而以发电为核心的氢燃料电池则是消耗氢,二者是密切相关却又完全不同的系统。

  在民用市场“开疆拓土”

  究竟是什么促使了李星国团队的“跨界”呢?

  “2015年1月,我们在一次偶然机会中参加了与燃料电池相关的研讨会。与会的还有一些军方专家,在交谈的过程中了解到各个兵种对燃料电池都很感兴趣。”郑捷回忆,既然团队有储氢技术的基础,为何不向前跨越一步?当然,一次的交流远远不够,在随后的3年时间里,李星国团队逐渐与军方相关单位开始了密切交流和战略合作。

  李星国团队通过对纳米MgH2的活化,使其与水迅速反应,达到了均匀且快速释放氢的目的,这种即产即用的方式使氢气压力大大降低,提高了安全性,从而降低了对储氢罐外壳的要求,即足够安全的反应控制可以利用轻便的材料代替原本的金属外壳。如此一来,成本自然会大幅降低,对于士兵而言,负重也得到了有效缓解,这也是与军方合作的契机。

  在基础研究功底的助推下,李星国团队很快做出了样品——一个边长15厘米左右的立方体。其实这种便携式氢燃料电池的形状并不固定,为了在某些狭小、固定空间的军用装备上使用,储氢、发电以及电控单元被“贴心”地设计成了3个模块,可以根据服役空间进行组合和拼装。

  “家里有粮,心里不慌。”郑捷将团队的技术和产品形象地称为“家里的粮”。前不久郑捷不仅带着“家里粮”参加了第三届中国军民两用技术创新应用大赛,还多次为中学生进行科普活动,未来还有可能在民用市场上“开疆拓土”。

  需求对接决定了“参军”之路是否顺畅

  虽然现阶段还算顺利,但郑捷坦言,前些年也走了许多弯路。“最主要的原因在于当时对军方的具体需求不甚了解。”郑捷举例,出于成本的考虑,传统的储氢材料通常是设计成可重复使用的,即储氢材料中的氢使用完毕后可再次充入新的氢,继续使用。但在军方看来,战士执行野外任务时基本没有重复加氢的条件。“只有在了解到这个需求并设计了一次性的轻便氢燃料棒,我们才算拥有了‘参军’的敲门砖。”郑捷表示。

  “需求对接决定了大学、科研机构以及有研发能力的企业是否能走上‘参军’之路,解决问题的能力却决定着一个团队在这条路上能够走多远。”在郑捷看来,一些团队在军民融合的大浪淘沙中保留下来,自然也有很多团队在激烈的竞争中铩羽而归,再观这些一如既往“坚挺”着的团队,无一不具备解决科学问题和实际问题的能力。其实不止于军民融合项目,也不论地域、时期、独研亦或是合作,强硬的专业素质和高超的科研水平始终都是一个研发队伍的“铁饭碗”。(实习记者 于紫月)

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【纠错】 责任编辑: 孙广见
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