制作空氣電池可選用的原料比較多樣,已經(jīng)取得研究進(jìn)展的空氣電池主要有鋁-空氣電池、鎂-空氣電池、鋅-空氣電池和鋰-空氣電池等。其中,鋅-空氣電池和鋁-空氣電池已有實(shí)際應(yīng)用,正在研制中的鋰-空氣電池性能最好,同等體積和重量下,比功率和比能量遠(yuǎn)高于目前使用的鋰離子電池,因此被寄予厚望,是當(dāng)前的研發(fā)熱點(diǎn)之一。
戰(zhàn)場應(yīng)用優(yōu)勢突出
與普通蓄電池相比,空氣電池用氧氣取代金屬,重量大幅減輕,具有輕便、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),符合裝備使用電源“更小、更輕、更有效”的要求,在軍事應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢。
機(jī)動性能好??諝怆姵氐难趸瘎﹣碜钥諝猓姵刂亓看蟠鬁p輕,貯運(yùn)方便,具有較好的機(jī)動能力。它還可以模塊化使用,作為大功率移動電源為軍事裝備和設(shè)施供電。
保障效能高??諝怆姵鼐邆淠芰棵芏雀摺⒎烹婋妷悍€(wěn)、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),且結(jié)構(gòu)簡單,作戰(zhàn)中通過快速更換金屬電極和電解液,可持續(xù)提供電能保障。
環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)??諝怆姵夭捎玫慕饘匐姌O原材料豐富多樣,即便在嚴(yán)苛的戰(zhàn)場環(huán)境下也較容易獲取。
生存能力高??諝怆姵氐姆磻?yīng)物和產(chǎn)物無污染,熱輻射和電磁輻射等信號特征弱,與普通電池相比,可提高裝備的戰(zhàn)場生存能力。
后勤維護(hù)率低。在作戰(zhàn)中,空氣電池幾乎不需要維護(hù)保養(yǎng),減少戰(zhàn)時后勤負(fù)擔(dān)。
由于結(jié)構(gòu)局限,空氣電池的不足主要體現(xiàn)在利用率低、壽命短、能量密度小、高功率輸出不足等方面,制約其走向大范圍應(yīng)用。近年來,各國加快空氣電池研發(fā)速度,提高電池性能,推動實(shí)際應(yīng)用。據(jù)報道,日本計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)鋰-空氣電池實(shí)用化,目前多家企業(yè)已取得技術(shù)突破。
加快實(shí)用化步伐
空氣電池既可用于建造大、中型基地電站,也可用作電動車輛、無人機(jī)和小型潛艇的電源,同時還可作為單兵裝備、筆記本電腦等小型設(shè)備的便攜式電源,推動上述裝備小型化、輕量化,更好地適應(yīng)未來戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)需求。
水下裝備的理想電源。小型潛艇等水下裝備對電池的要求包括安全性高、比能量高、穩(wěn)定性好等,空氣電池的特性非常符合這些要求,被認(rèn)為是最佳水下裝備動力源。特別是采用空氣電池后,系統(tǒng)基本不向外排放廢棄物,裝備的尾流特征極小,聲音特征也遠(yuǎn)低于采用常規(guī)動力,可大大提高隱身作戰(zhàn)能力。
目前,美國海軍已推出采用鋁-空氣電池為動力的無人潛水器,水下連續(xù)作業(yè)時間長達(dá)258小時。加拿大海軍使用鋁-空氣電池替代銀鋅電池,使?jié)撍骱匠虖?90千米增加至870千米,比能量達(dá)160瓦時/千克,續(xù)航能力提高到原來的5倍。挪威開發(fā)的自主潛水器采用鋁-空氣電池后續(xù)航能力提高到60小時。
提升無人機(jī)續(xù)航能力的強(qiáng)勁電源。空氣電池也適用于中小型無人機(jī)。美國一家公司專門為無人機(jī)研制出一款鋅-空氣電池并已通過測試,該空氣電池具備功率大、質(zhì)量輕等特點(diǎn),可大幅增加無人機(jī)續(xù)航時間。
將空氣電池與蓄電池聯(lián)合使用,是外軍探索的另一種方案。其中,空氣電池為無人機(jī)巡航飛行提供動力,蓄電池則滿足其峰值功率需求。不過,由于技術(shù)所限,目前尚沒有實(shí)例。
電動車輛、單兵電子設(shè)備的潛力電源。鋰-空氣電池被看作是便攜式設(shè)備和電動車輛的理想電源,具備較大的發(fā)展?jié)摿Γ由蠠o環(huán)境污染,滿足戰(zhàn)場上軍用車輛的低目標(biāo)特征要求。
信息化戰(zhàn)場上,海量作戰(zhàn)數(shù)據(jù)需要傳輸,單兵電子設(shè)備能否獲得穩(wěn)定、高效、持續(xù)的電源保障,一定程度上影響作戰(zhàn)進(jìn)程和結(jié)果。美軍歷來重視單兵裝備的供電保障,特別是在經(jīng)歷伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭后,更加重視研發(fā)輕質(zhì)移動電源,減少電池帶來的負(fù)擔(dān),提高單兵作戰(zhàn)能力。空氣電池是理想的小型化、便攜式電源,未來主要替代便攜式蓄電池。
此外,空氣電池還可設(shè)計(jì)成集成電池組,用作發(fā)電機(jī)組或其他蓄電池的備用應(yīng)急電源,在野戰(zhàn)條件下為軍事基地、通信基站等提供穩(wěn)定可靠的電力保證。