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打破世界紀錄!中國氫能無人機不間斷飛行331分鐘

2020年02月03日 08:48   來源:科技日報   參與互動參與互動
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  不間斷飛行331分鐘 中國氫能無人機打破世界紀錄

  本報記者 高 博  氫燃料電池,汽車業的未來之星;它上了天,前途同樣光明??萍既請笥浾咦罱私獾?,位于北京亦莊的北京新研創能科技有限公司(以下簡稱新研創能),研發了一款六旋翼氫燃料電池無人機,不間斷飛行331分鐘,打破世界紀錄。這一成就也顯示:中國的氫燃料電池在一些關鍵指標上躋身世界前列。

  打破紀錄

  在位于北京亦莊的一個展廳里,科技日報記者看到,這款六旋翼無人機的核心是一塊氫燃料電池,搭載一個高壓儲氫瓶為氫燃料電池提供發電所需的氫氣。一個月前,新研創能聯合首航國翼開發的這款無人機,實現長達331分鐘的不間斷室外飛行,打破了由中航技進出口有限責任公司和深圳市科比特航空科技有限公司聯合推出的多旋翼無人機HYDrone-1800于2016年創造的270分鐘的原世界紀錄。

  新研創能于2018年獲得中關村首批高精尖培育項目“氫燃料電池多旋翼無人機產業化”,經過一年努力,開發出功率密度高、重量輕、體積小、性能優的2千瓦級金屬板燃料電池空冷電堆及系統,并成功集成在無人機上。2019年12月8日在武漢,攜帶2千瓦金屬板空冷電堆及19升/35兆帕輕質高壓儲氫瓶的無人機于上午9:23起飛,下午14:54降落,實現331分鐘連續室外飛行,大幅超過項目要求的240分鐘指標。不僅如此,在四川甘孜州的高原環境,無人機長續航飛行實驗也獲得成功,證明在大風、低溫、低氧條件下,新研創能的氫燃料電池一樣穩定。

  一般來說,在大范圍、全天候的巡邏場景中,鋰電池無人機續航時間不到一小時。而油動無人機震動大,高精度拍攝時需減震器件,加大了載荷。相比鋰電池動力,氫燃料電池無人機先天具備續航優勢,而且無震動無污染。搭載了氫燃料電池的無人機,可以拓展應用的想象空間。比如集群運作時,長續航的通信中繼無人機,可確保機群飛得更遠,執行一些迄今尚無能為力的復雜任務。

  精雕細琢

  雙極板是氫燃料電池堆的核心部件之一,目前主流路線分石墨極板和金屬極板。成立于2017年的新研創能主攻金屬極板。金屬極板便于大規模生產,而且金屬極板燃料電池堆具有重量輕、體積小、抗振能力強、可低溫無助啟動、功率密度高等優點。

  新研創能制造的金屬極板燃料電池堆,乍看并不復雜,像一頁頁金屬片裝訂成的大書。仔細看,金屬片凹凸,有復雜的折線流道。流道將注入的氫氣和空氣均勻引流到整張極板。流道很細,做到氣流均勻穩定的分配并不容易,需要經過大量的仿真計算??諝庵械难鯕夂蜌錃庠谀る姌O的催化作用下發生電化學反應,生成水并放熱放電。因此金屬片上還有通道,用空氣或冷卻液來冷卻電堆。

  一片片復雜的金屬片不僅要完美吻合,還得在惡劣環境下“面不改色”,這對設計和制作工藝提出巨大挑戰。新研創能攻克了0.1毫米金屬板材超深流道的加工制備工藝和技術用于電堆,電堆性能媲美國際一流水準。用在無人機上,可兼顧高效與穩定。

  除了無人機用的空冷電堆,新研創能還量產汽車用的水冷40千瓦電堆,峰值體積功率密度達2.9千瓦/升,位居世界前列。他們還在開發80千瓦的電堆。

  新研創能董事長洪鑫告訴科技日報記者,每設計一個板型,都得反復模擬計算。修正模具、焊接、密封等各環節都需要摸索。金屬極板燃料電池堆的難度不光在研發和工藝編制上。因為按同樣的工藝流程,不同團隊加工出的電堆,壽命和可靠性也有明顯差距。工匠精神至關重要,要花費時間金錢,耐心打造精英團隊,去精雕細琢。

  深耕源頭

  新研氫能源科技有限公司(以下簡稱新研氫能)成立于2017年,旗下有三家子公司:新研創能專注金屬極板設計及電堆研發,大連擎研科技有限公司(以下簡稱大連擎研)側重于燃料電池系統控制集成和測試臺,大同新研氫能源科技有限公司(以下簡稱大同新研)則為產業基地和運營突破口。目前新研創能和大連擎研具備小批量生產能力,而大同新研則規劃產能1萬套,目前已達到年產1000臺40千瓦級電堆產能;他們還在大同建成了一個加氫能力為500千克/天的撬裝式加氫站,用于示范運行車輛加氫。新研氫能已與中通客車聯合開發了廂式物流車,并與廈門金旅聯合開發了公交車。

  新研氫能的首席技術官齊志剛博士是燃料電池領域的專家,在燃料電池領域耕耘20余年,是國內外數十個燃料電池標準的主要起草人。新研氫能目前掌握金屬極板設計、沖壓、清洗、焊接、防腐鍍層等技術和工藝;金屬板電堆、測試臺和電壓巡檢板研發制造能力處于國際先進水平。在新研創能的實驗室里,洪鑫告訴記者,不同型號的燃料電池電堆測試平臺都是他們自己開發的,并且可以對外出售。

  洪鑫說,他們將把精力集中于電堆與系統的研發,不著急,不趕風口,不轉移注意力,踏實攻關核心技術。

  燃料電池的研發于1960年代開始于美國。氫燃料電池驅動的乘用車被寄予厚望,目前最耀眼的成就之一是2014年量產上市的豐田的MIRAI。跟純電動車相比,其優勢是近600公里的續航里程,加氫只需4分鐘,媲美燃油車,又有無污染、非石油依賴的優勢。放眼世界范圍,氫燃料電池的進步和普及是一個長期過程。目前,中國企業在氫燃料電池堆及系統國產化上進展迅速。

【責任編輯:王嘉怡】
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