续航时间4小时!浅析氢燃料电池无人机

2016-04-12 00:15 出处:PConline原创 作者:树熊 责任编辑:lianjiajie

  【PConline无人机】4月10日,深圳的一家工业用无人机制造厂商科比特航空,发布了全球首款产品化的氢燃料电池无人机——HYDrone1800。该多旋翼无人机采用了氢燃料电池,续航时间长达273分钟,约4个多小时,与现有的锂电池普遍最高在60分钟内的续航时间相比,续航时间是成倍的增加。氢燃料电池并不是新鲜的东西,百年前就已经出现使用了,但如此强悍的技术,为何要等到现在才出现在无人机上呢?下面就给大家普及一下氢燃料电池的知识,告诉你为什么无人机厂商都不敢玩这个东西。

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  科比特的概括无人机采用6轴电机的设计,全碳纤维一体成型,可实现工业三防,最大载重25KG,最大飞行半径100KM,具备超远距离图像传输、超视距遥控、精准定位导航等功能。说到它最引人注目的就是它的氢燃料电池,与锂离子电池相比,重量更轻,体积更小,续航时间更长,据科比特介绍,续航根据气瓶的不同分为几个层级:5L大约90分钟,9L大约180分钟,14L大约270分钟,在续航时间方面,氢燃料电池已是数倍的超越锂电池。

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  氢燃料电池相比于目前广泛采用的锂电池,续航优势明显,生命周期内性能衰减小;氢气加注时间短。锂电池多轴无人机普遍续航在30-60分钟左右,要花不少时间充电,电池性能随使用时间增长会有所下降。而氢燃料电池加注氢气时间短,生命周期内性能衰减小,续航时间也超过4个小时。

原理:水电解的化学方程式
  说到氢燃料电池的原理,它的理论依据是水电解的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,利用催化剂,氢在通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极,产生了电流。氧气+氢气在催化剂的作用下产生电能+水+热量。氢燃料电池,与锂离子电池相比,氢燃料电池的量子质量轻体积小,相同重量体积下,氢离子能够储存更大的能量,带来更高的放电时间。

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氢原料电池为什么还未普及?
  燃料电池并不是什么新鲜发现的技术了,根据史料记载,早在1839年由C.F.Schonbein发现氢气与铂金在电解过程中产生了电流,再到上世界60年代美国宇航局将燃料电池带到了火箭飞船上,在经历了两个世纪的时间后,现在仍然不能大量的普及,最主要的原因还在于氢燃料电池的稳定性并不理想,氢气是一种易燃性气体,爆炸、燃烧、催化剂效率下降、空气中的杂质气体等等情况都会影响着燃料电池的效果,科学家一直在不断探寻最佳的解决方案,试图将不可能的事情变成可能。

  虽然氢气是易燃易爆的气体,在安全性方面,科比特并不是草率地使用,氢燃料电池使用了多级保护措施,保证其安全性。氢气的安全使用方面,科比特航空称其经过多年的技术发展,已经有了完整的安全解决方案,配备了降落伞、黑盒子等,并且氢气很轻,逃逸速度极快,在非密闭空间内,即使产生明火也不会引起爆炸,而且与汽油等不同,氢气燃烧是向上的,在空中的无人机如果发生了火灾、爆炸等情况,燃料并不会往下泄露,火灾不会往下延伸。

  技术上虽说非常安全,正如同氢气球飞船一样,始终是一个定时炸弹,驾驶无人机的人需要超强的驾驶技术,避免发生故障而爆炸,否则,这满天空的定时炸弹在飞,仍然是一个挺恐怖的事情。

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成本也是一个问题
  除了安全性问题,燃料电池还有一个成本的问题,催化剂在使用的过程中会有一定的损耗,效率会逐渐下降,知道催化剂失效,氢燃料电池将会失效。在此方面,科比特称其电池5000个飞行小时后需要进行活化,以保证电池的继续使用,对于飞行器而言,5000小时已经能够使用近千次完整的飞行,已经是足够了。但换一块电池,费用也不菲,几万块是走不掉的了。

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  作为无人机的源动力,飞行是需要充氢气的,不像其他电动无人机电池充电那样。同样氢气的来源也是一个问题,在空气中,氢气的含量非常少,一般存在于高空,想要大量直接提取氢气并不容易。现在,通常情况下,制造氢气的方法包括电解水、从天然气中制取,原料再加上提取,成本并不会很低,除此以外,还可以利用金属铂的催化作用,电解水提取氢气出来,铂是我们俗称白金,价格看看铂金戒指的价格,就可以知道,这并不会便宜。

最后
  虽然氢燃料电池给无人机的续航时间有很大的提高,本身仍然处于早期阶段,在一些汽车厂商中也研发出了氢燃料电池汽车,但仍然是实验室的产品,并未广泛普及,毕竟受限于综合成本高,以及氢气的安全问题,氢燃料电池无人机也只是厂商的尝试,但离批量商业化还有相当距离。此次看到科比特的氢燃料无人机,可以说是科技发展的一个好开端,后续仍然需要不断迭代提升,电池技术仍不能放弃,能够继续发展,说不定,再过若干年,真正安全可靠续航时间长的无人机、汽车、航空等交通工具就会与我们见面。

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