锂离子电池节能减排方案最新

1. 选择走氢燃料电池技术路线而对锂离子电池汽车不怎么上心的日本，为什么在29ss苍龙级潜艇上用上锂电池？

选择走氢燃料电池技术路线而对锂离子电池汽车不怎么上心的日本，为什么在29ss苍龙级潜艇上用上锂电池？

氢燃料根本就是倭寇试图***中国工业的诱饵！其实稍有物理知识的人就能知道，发电制氢~氢再发电，等于脱裤子放屁！而且制氢过程能耗污染就已经超过燃油了，同时氢燃料电池的电力输出能力，也更不不足以达到汽车需求！所以氢动力注定只能是特殊用途（不在乎成本，前期污染）！和转子发动机一样，只能用在特殊用途！说实话，倭寇的氢动力还不如丰田的混动有意义！

日本研发新型吸氢合金失败，担心稀土被卡脖子，最终放弃燃料电池方案

首先29SS（平成29年度潜艇计划）是日本海上自卫队的下一代常规潜艇项目，他是作为苍龙级潜艇的继代者而推出，而非现在的苍龙级潜艇，苍龙级潜艇的对应项目名称是16SS（平成16年度潜艇***）。

▲29SS想象图，该潜艇已经开工，***2022年下水

29SS最初是******用燃料电池技术作为AIP不依赖空气推进模块的，***使用燃料电池+锂电池+柴油机的复合动力方案。燃料电池虽然储能密度高，但是不能进行反向充电，需要进行加氢的方式充能，在潜艇上是作为AIP不依赖空气情况下的应急动力来源，所以其与锂电池其实并不冲突。但是在2018年进行的高效储能和供电系统评估中，日本删除了在29SS上使用燃料电池的***，***用大量的锂电池+柴油机的布置方案，放弃了AIP技术，潜艇在水下完全依靠锂电池储能进行工作。

▲直到2018年日本的29SS都***使用燃料电池作为AIP动力来源

根据日本方面的说明，部分原因是日本进行的下一代AIP技术研究（燃料电池）中，关于新型吸氢合金方面重大失败。之前燃料电池的吸氢合金需要大量使用稀土，不仅价格昂贵，而且供货来源存在不稳定性因素（说白了就是世界85%的稀土产量在中国）。所以日本从2005年开始投入巨资进行新一代吸氢合金研究，不过依然失败，再加上中国大幅度削减稀土出口，难免让日本感到不安。

▲高性能吸氢合金需要铌、锆等稀土中提取元素作为催化剂，以及稀土提取成泥状金属作为氢化反应剂。而不使用稀土元料的六边形金属晶体，不仅吸氢能力只有其1/6，而且体积越大，活化越困难。所以民用汽车可以用六边形金属晶体结构代替以减少稀土用量，而军用产品要想保证性能，很难。

燃料电池是依靠氢和氧反应产生电能，因而有个很大的危险因素，储存和工作过程中会产生氢泄露。所以需要吸氢金属控制氢气释放，防止氢气泄露事故。氢气是一种极危险不稳定气体，爆炸阀值低到4.1%，对于潜艇这种密封场所来说，更容易发生氢气累积事故。2000年俄罗斯库尔斯克号核潜艇爆炸事故就是鱼雷上的过氧化氢燃料泄露，分解产生氢气导致爆炸，并殉爆了整个鱼雷舱。2017年阿根廷海军圣胡安号潜艇也是铅酸蓄电池电极电解液体产生氢气，导致爆炸沉没。所以对于潜艇使用燃料电池方面，吸氢金属是个无法绕开的必需项。

▲当年被炸的四分五裂的库尔斯克号核潜艇

另一方面日本锂电池技术上非常强，可以说是世界上绝对的领先，其在锂电池方面地位甚至远超其在燃料电池方面的地位。日本本身就是最先发明现代锂离子电池并进行工业化的国家，1991年，日本索尼和旭化成商业化了第一款钴酸锂电池，旭化成工业株式会社研究员吉野彰也因此荣获2019年的诺贝尔化学奖。直到现在，日本依然霸占世界高端锂电池市场，比如特斯拉的锂电池供应商就是松下。所以日本在这方面技术实力强劲，潜艇使用锂电池的性能、可靠性和安全性都有较大保障。

日本在2018年下水的苍龙级潜艇凰龙号是世界上第一艘***用锂电池代替铅蓄电池的常规潜艇，日本声称凰龙号潜艇在不增加重量和体积情况下，电池储能能力扩大到原先的三倍。显然日本是在凰龙上试验锂电池，并取得令人满意的结果之后，两者此消彼长之下，最终选择放弃燃料电池方案，增加锂电池数量，完全以锂电池作为水下活动供能来源。

燃料电池淘金客做过用过很多，曾经给多个项目配套。首先说燃料电池和锂电池并不冲突。以燃料电池为AIP***动力，德国已经实现了。但燃料电池技术先进的日本并没有***用，甚至连AIP***动力都还是用的斯特林发动机，现在连斯特林发动机都取消了，全锂电池。这是因为几种电池的特性很不一样，下面来展开讲一下。

发展了几十年的锂电池，相对来说技术风险很小。相比之前潜艇上用的铅酸电池来说，锂电池的优势首先是能量密度大，特斯拉用的单节锂电池能量密度高达280WH/公斤，是铅酸电池的好几倍。换句话说，原本上世纪80年代先进常规潜艇的水下性能是20节最高速续航1小时，4节静音航速24小时左右，现在可以翻好几倍，已经达到了传统AIP动力的4节水下潜行一周的标准，而技术上呢，基本就是把铅酸电池替换掉，技术风险非常小。

跟燃料电池相比，锂电池的优势在于功率密度大！德国212、214级潜艇上的燃料电池，都只有不到300KW的功率。而锂电池的能提供的功率要比这大几十倍！也就是说，目前德国的燃料电池系统只能做AIP***动力，提供水下低速潜航的动力。而锂电池完全可以作为主动力，即使以20节冲刺，也完全不在话下！

另外锂电池不用储存、补充氢气和氧气，这也是对比燃料电池的重大优势。

有答主提到锂电池的安全性，这是对潜艇动力不太了解，事实上锂电池不说比铅酸电池更安全，至少也是各有所长的。铅酸电池在储存、放电时会产生少量的氢，这是很危险的，所以潜艇用电池还要配酸液循环系统和搅拌系统，少产生一些氢，还要及时处理已经产生的氢。如下图。而锂电池完全不用担心这个问题。

锂电池的危险在于热管理，尤其是在大功率放电的时候，但事实这在水下并不算困难，海水本来就可以用来冷却，只是要注意盐份结晶堵塞管道。苍龙这么大规模使用锂电池，热管理系统是必须的，这也是技术核心！

燃料电池并不是没有优势的，它的综合能量密度很高。这里用“综合”是有用意的，考量燃料电池系统的能量密度，要把发电的燃料电池模块、储能的储氢装置（如下图，潜艇上的储氢系统）两大部分的重量全部算上去！如果只是满足低速潜航的需求，发电的燃料电池模块可以做小一些，氢气可以多装一些，算下来综合能量密度达到700WH/公斤是没有问题的，再挤一挤做到锂电池的3倍也是有可能的。

现在题主应该可以明白，为什么燃料电池适合做AIP？如果用燃料电池提供潜艇的最大功率需求，发电的电池本身会很大很重，综合能量密度和锂电池相比就不划算了！至于成本，什么铂的用量，这在军用领域根本就不是什么大问题。另外一个缺点，燃料电池需要补充氢气和氧气，这对后勤、港口的要求比较高。

单从性能上讲，锂电池和燃料电池搭配形成“电-电”混合是最好的，锂电池提供冲刺速度，燃料电池提供长的续航[_a***_]。但是，这样一来系统就更复杂了，造价高、技术风险大。

首先日本丰田的燃料电池技术的确非常牛，几年前就把113KW的燃料电池组装进小小的乘用车了，反观德国214级潜艇，也就是两组120KW，跟丰田的大客车（如下图，装了2组113KW的燃料电池）功率差不多。但是，车用和潜用燃料电池不完全是***事！车用的用空气，潜艇上用的是自身携带的氧气！两种电池在设计思路上差别很大！车用电池牛，不代表潜用电池纯氢电池技术也牛！

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