扒一扒给无人机装上氢电池究竟有多难

海鲜白 · 发表于 2016-1-26 18:26

去年5月21日，一家名为Horizon Unmanned Systems (HUS) 的公司利用氢能发电来为无人机提供动力，在无载重情况下，HUS Hycopter（氢气Hydrogen + 直升机Helicopter的变形组合单词）可连续飞行4个小时，而在载重2.2磅的情况下则能连续飞行2.5个小时。

后来一家名为 Intelligent Energy的公司发布了无人机搭载氢电池的测试，在测试中，配备Intelligent Energy氢燃料电池的大疆Matrice 100无人机飞行了超过1小时时间。后续经过持续的完善，现在已经能一块电池给无人机续航3个半小时之久。由于利用压缩氢可以对电池进行充电，因此对耗尽的电池更换新燃料只需几分钟即可完成，相比之下对典型的无人机电池进行再充电需要40分钟至一小时。

飞行3小时的视频

这些新闻着实让不少模友激动了一把，平时一块电池最多飞20分钟，现在一块电池居然能飞1个小时以上，同时充电时间也从一两小时缩短至两分钟，夭寿啦！照这个节奏岂不是带2块电池能够晚上一天。然而让人失望的是要量产氢电池还是得度过重重难关，我们来细细扒一扒，究竟是什么阻碍了我们爽飞的道路。

什么是氢燃料电池

其实氢燃料电池已不是什么全新的技术，20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。
进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。

氢氧燃料电池的原理很简单：
在电池负极通入氢气，正极通入氧气。
在负极，氢气在催化剂的作用下转化为氢离子和电子。其中，电子从负极经用电器流至正极，氢离子经质子交换膜流至正极，最后在正极处反应生成水。利用得好的话，可以说是零排放。

氢气作为一种比石油更环保的燃料，科学家曾断言它必定是未来能源的发展方向，转化成各种产品只是时间问题。
现在有个说法叫"第三次工业革命",其主要思想就是为了防止全球变暖等环境恶化问题，提出未来可持续发展的能源结构。

可是为什么研究了这么多年，氢燃料电池的进展却非常缓慢呢？大概的原因有4个

1. 氢气的来源问题。氢气不像氮气和氧气是空气中的最主要组成因素，想得到氢气可以通过电解水，但这可是个不太经济的方法，能量损失极大！你想，先从电解水开始，耗费电能，产生氢气，氢气再发电过程中还会有能量损失；电解水的电现在也是以煤电为主发出来的吧，烧煤发电也会有能量损失。

2.金属铂的稀缺。在氢燃料电池发电的过程中会用到金属铂作为催化剂。这种金属就是咱结婚买戒指那个比24K金更贵的那个铂，它少啊，它贵啊，那么大规模生产氢燃料电池，这个铂就是瓶颈，完全没有规模化后成本减少的效应，反而需求越多越贵，这可怎么办好？

3.质子交换膜35000每平方米（不过实际上只要用0.4平方米即可）。还有电极也是问题。发现两种电极，金属双极板功率密度很高，效率未知，而且找不到发明者；石墨烯效率很高，功率密度未知，材质目前较贵。

4.氢气的安全性。有人说电池里带着氢气瓶就像带个氢弹，到底这个氢气瓶会不会baozha啊？氢气是最轻的气体，它的扩散性极强，氢的扩散系数比空气大3.8倍，所以少量的氢气泄漏，可以在空气中很快被稀释成安全的混合气。氢气的比重小，易向上逃逸，这使得事故时氢气的影响范围要小得多。但是飞行中的无人机电池baozha，无疑是会炸机坠毁无误。

随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池发展的最大瓶颈。尽管氢燃料电池续航能力是普通锂电池的10倍，但是它的成本远高于普通锂电池，这个价格是市场所难以承受的。如果未来能找到便宜的材料代替，那么未来无人机能源，乃至移动能源都将迎来重大变革。

逆风KKK · 发表于 2016-1-26 19:02

涨姿势

Himalaya · 发表于 2016-1-26 19:31

甭说Hydrogen了，在拎铁桶进加油站都不卖你油的无微不至的照顾下，就甭多想了。

wangzhengtatata · 发表于 2016-1-26 19:38

氢能源从来都是个笑话.离不开实验室环境.提纯成本高,而且连前瞻性研究都没有突破口更不要提实用技术.
氢敏特性导致储存安全性一直是个大问题.
此种技术还不如新型电池值得期盼 .

seanni · 发表于 2016-1-26 20:21

氢燃料电池车都已经上路了，充氢站也开始普及（AirLiquid在巴黎市中心建了加氢站，明年覆盖整个丹麦，5年内覆盖德国，成本和安全问题都已经基本解决），氢燃料电池的商业化一触即发。

铂在工业领域也是非常常用的金属，论斤卖比intel的cpu还便宜。大家还记得高中化学课用的铂金坩埚吗。

用峰谷的电制氢是一个出路，尤其是在水电/核能充沛的地区，制氢是非常高效消耗多余电力的手段。

说白了，玩具里用氢能源太贵，就像油机太贵很难普及一样。不过在商用领域绝对会很快成为主流。

lijierun2 · 发表于 2016-1-26 20:34

用的零度的飞控吗,我好像看到那个WIFI了

zuiaimoxing · 发表于 2016-1-26 23:55

Salem · 发表于 2016-1-27 21:04

用NaH＋AlH3＋2H2O＝＝NaAlO2＋4H2不错。还有质子交换膜0.4平方米是抄我原帖啊，我那0.4平方米是按我的悬停功率算出来的。如果是精灵那种小多轴只要0.1平方米即可。
http://bbs.5imx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1169601

Salem · 发表于 2016-1-27 22:55

wangzhengtatata 发表于 2016-1-26 19:38
氢能源从来都是个笑话.离不开实验室环境.提纯成本高,而且连前瞻性研究都没有突破口更不要提实用技术.
氢 ...

新型电池已经遇到技术瓶颈了，很难有大的突破。
氢氧燃料电池也有不少人成功。
只有碳纸电极要用铂，石墨烯电极和金属双极板自身就是催化剂。而且催化剂也不一定是铂，例如金属双极板用铜、钴、铁。几乎所有3族~13族元素都可做催化剂。
提纯成本其实也不高，因为为什么一定要用储存的氢气？NaH+AlH3+2H2O==NaAlO2+4H2，直接在飞机上合成，完全不需要实验室环境。
详见我的帖子：http://www.5imx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1169601

wangzhengtatata · 发表于 2016-1-27 23:07

Salem 发表于 2016-1-27 22:55
新型电池已经遇到技术瓶颈了，很难有大的突破。
氢氧燃料电池也有不少人成功。
只有碳纸电极要用铂， ...

制氢过程的污染物也是大问题.做技术前瞻研究可以,要商用,考虑的问题不只是氢能源使用本身,

Salem · 发表于 2016-1-27 23:24

wangzhengtatata 发表于 2016-1-27 23:07
制氢过程的污染物也是大问题.做技术前瞻研究可以,要商用,考虑的问题不只是氢能源使用本身,

电解NaCl制Na，电解Al2O3制Al，与H2反应，污染很小。生产一架航模的污染是它的几百倍，那么为什么我们还在玩航模？PS：我这儿用风电，发电不需燃煤。

wangzhengtatata · 发表于 2016-1-28 09:46

Salem 发表于 2016-1-27 23:24
电解NaCl制Na，电解Al2O3制Al，与H2反应，污染很小。生产一架航模的污染是它的几百倍，那么为什么我们还 ...

南晨 · 发表于 2016-1-29 12:17

不管如何，未来的发展是无比巨大的

迈克尔船长 · 发表于 2016-2-4 15:10

Himalaya 发表于 2016-1-26 19:31
甭说Hydrogen了，在拎铁桶进加油站都不卖你油的无微不至的照顾下，就甭多想了。

呵呵！现在都到了看你的行车证，驾驶本的地步了。

aygi佳仔 · 发表于 2016-2-16 11:04

即使实现了，价格绝对是个问题，高攀不起的价格，也只有看的份，或者成为工业级的无人机的几率会高些，民用就再等等吧。

近距空中支援 · 发表于 2016-5-11 22:47

很有前途，自然也只是前途，所以还是该砸钱就安心砸钱吧

CCNBA · 发表于 2016-5-19 10:56

涨姿势

扒一扒给无人机装上氢电池究竟有多难

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