燃料電（diàn）池：信息化戰場（chǎng）“新能（néng）源”

信息化條（tiáo）件下的高技（jì）術戰爭（zhēng），士兵除攜帶武器彈（dàn）藥外，還將（jiāng）配備頭盔顯示（shì）器、激光測距儀、衛星定位終端以及高性能作戰計算機等，這些設備每時（shí）每刻都需要充足的電量供應。美國陸軍曾預測，未來（lái）單兵裝備的平均（jun1）耗（hào）電功（gōng）率將達到100瓦，傳（chuán）統（tǒng）的（de）幹電池、蓄電池（chí）等早已“不堪重負”。

日前，在美國能源部（bù）耗資3400萬美元資助的科技創新項目中，就包括4個與燃（rán）料電池高度相（xiàng）關的項目。連寶馬（mǎ）等汽（qì）車公司都在躍躍欲試，將在2020年後正式發行搭載燃料（liào）電池的汽車。

燃料電池是一種直（zhí）接把化學能轉化為電能的裝置，不僅不需要反複充電，還更加清潔高效。事實上（shàng），燃料電池正在成為軍用電源領域的“明日之星”，將在未來戰場發揮重要（yào）作用。

隨身攜帶的“發電廠”

打贏未來信息化戰爭，需要高效可靠的“能量源”。近年來，信息化（huà）戰場上競相湧現的（de）先進武器（qì）裝備，對（duì）戰場電力供（gòng）應提出了新的更高要求（qiú）。以美國為首的西方國家尤其重視（shì）燃料電池（chí）技術發展，從為單（dān）兵裝備（bèi）供電，到電推動軍（jun1）用卡車，更（gèng）甚至是驅動無人航潛器和無人機，處處可見燃料電池的身（shēn）影。

說起燃料電池（chí）中（zhōng）的“燃料”，當然不同於生活（huó）中常見的煤、油、天然（rán）氣等傳統燃料。我們都知道，讓強大的電流從（cóng）水中經過，水便會分解為氫和（hé）氧。燃料電池的原理正好與此過程相反，是（shì）通過特殊裝置使氫和氧作為“燃料”發生反應，最終產生電能。因此，與幹電池、蓄電池等儲能裝置在需要（yào）時才把儲存的電能（néng）釋放出來不同，燃料電池更像是一座把化學能直接轉化成電能的“發（fā）電廠”。這也（yě）難怪（guài）燃料電池被認為是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之後的第（dì）四種發電技術。

對（duì）於燃料電（diàn）池而言，隻要（yào）含有氫（qīng）原子的物質就可以作為燃料。這就（jiù）大大增加了“燃料”的來源範圍，使燃料電池成為軍用電（diàn）源（yuán）裝備領域的“紅人（rén）”。燃（rán）料電池投入軍事應用，還（hái）有許多“先天（tiān）性優（yōu）勢”。燃料電池在使用時能量轉換（huàn）效率高、係統反應快、運行可靠性（xìng）強（qiáng）、維護方便。與其他電池相比，燃料電池的發電效率（lǜ）可以達到85%-90%。由於燃料電（diàn）池的內（nèi）部結構相對簡單，工作時（shí）噪聲很低，散（sàn）熱量和紅外輻（fú）射較少。

近年來，包括（kuò）美國國防部、美國陸軍研究實驗室、美國海（hǎi）軍研（yán）究（jiū）實驗室等（děng），都（dōu）高度重視並全程參與了燃料（liào）電池的（de）研發過程（chéng）。從製訂研製計劃（huá）、明確技術指標，到研製後續環節安排部隊進（jìn）行試驗，再（zài）到相關產品投入戰場進行（háng）實戰檢（jiǎn）驗，燃料電池的研（yán）製都離不開美國軍方的傾力支持。美國很多燃料電池產品的研發經（jīng）曆十幾年時間，也（yě）與美國軍方堅持將最新技術加（jiā）以應用的決（jué）心不無關聯。

“上天下海”無所（suǒ）不能

未（wèi）來的（de）燃料電池，將越來越輕型（xíng）便攜，並朝著移（yí）動式電池供電係統方向加速發展，必將成為信（xìn）息化戰場當之無愧的“能量源”。

燃料電池除可作為海麵艦艇的輔助（zhù）動力（lì）源外，還能為無人潛航器和潛艇提供驅動動力（lì）。美國海軍已經完成了（le）用作船用電網和推進係統的燃料電池係統研發，目前正逐步（bù）嚐試將燃（rán）料電池用於驅逐艦。早在2005年，德國就（jiù）試航了第（dì）一艘現代化的燃料電池潛艇。2016年獲得澳大利亞海（hǎi）軍潛艇項目大（dà）單的“梭魚”級（jí）潛艇，也裝（zhuāng）備了由（yóu）法國研製的燃料電池係統。2017年，美國國（guó）防（fáng）部批準600萬美元經費，專門（mén）用於研發無人潛航器的靜音推進係統，或將采用由美國陸（lù）軍（jun1）研（yán）究實驗室（shì）研製的燃料電池供電推進係統。此外，美國（guó）海軍研究實驗室還與通用汽車公司合作，正在（zài）致力於將車用（yòng）燃料（liào）電池移植到下一代無人潛航器中（zhōng），以大（dà）力提升無（wú）人（rén）潛航器（qì）的航程和持久力。

燃料電池也將助力飛行器展翅高飛。現有的無（wú）人（rén）機（jī）電池主要為鋰離子電池，供電缺口較大，尤其需要研（yán）製供電時間更長、更安（ān）全可靠的供電（diàn）係統。加拿大巴拉德公司為（wéi）美軍戰術無人機研（yán）製了氫燃料電池，具（jù）有適應能力強、安全可靠、重量輕等特點，目前已經在洛克希德·馬丁公（gōng）司（sī）的係（xì）列產品中得到（dào）應用。美國國家航空航天局研製的使用燃料電池推進的太陽能（néng）無人機，一度創造出3.2萬米的（de）世界飛行高度紀錄。目前，美國國防部正致力於（yú）使用燃料電池動力裝置的長航時無人機項目，將盡（jìn）快裝備美軍各軍兵種。

早在20世紀60年代，由於載人航天（tiān）器對特殊性能電池的迫切需求，美國曾研（yán）製出氫燃料電（diàn）池。此後往返於太空和地球之間的“阿波羅（luó）”係列（liè）飛船，就專門安裝這種體積小、容量大的（de）供電係統（tǒng）。此外，美（měi）國通用汽車公司也在持續挖掘燃料電池在陸（lù）上軍事應用中的潛力，已經推出使用氫燃料（liào）電池的（de）“通用（yòng）靜音多功能電動平台”計劃。該（gāi）平台理論續航裏程超過460千（qiān）米，越野能力較強，還具備運送集（jí）裝箱、作戰方艙和醫（yī）療方艙等能力。

戰場應用駛入（rù）“快車道（dào）”

隨著戰場軍用電源係統（tǒng）要求的不斷提升，燃料電池（chí）不僅（jǐn）為各類武器裝備提（tí）供（gòng）了強勁（jìn）的供電能力、低熱輻射和電磁輻射的使用環境，還具有（yǒu）高效、清潔、經濟（jì）以及安全等（děng）優點，正逐步打開軍事領域應用的大（dà）門。

現（xiàn）有的單兵可穿戴（dài）係統，士兵們背（bèi）負的作戰裝備往往（wǎng）令人不堪重負。美國陸（lù）軍目前（qián）正在嚐試使用燃料電池取代（dài）傳統鋰離子電（diàn）池，將（jiāng）減少約50%的負荷。美國陸軍通信與電子研發和工程中（zhōng）心（xīn），同通用汽車公（gōng）司合作，已經推出了一款用（yòng）於單兵可穿戴設備的（de）新型氫燃料電池（chí）係統。美軍目前裝備的軍用燃料電池，尺寸與傳統的一次性小型電池相同，輸出的電（diàn）流量卻提高了1倍（bèi）。韓（hán）國三星公司研發的單兵燃料電池係統，一次產生的電量高達（dá）1.8千瓦時，可滿足士兵（bīng）連續執行72小時任務需求（qiú）。德國SFC公司研製的燃料電（diàn）池係統，已經交付英國、挪威、比利（lì）時和荷蘭等多國軍隊使用。

燃料電池係統的出現，對武（wǔ）器裝備性能的提升也大有裨（bì）益。美軍在燃料電池研發過程中遵循的“先易後難、先小後大”原則，不僅推動（dòng）了燃料電池從單兵裝備和野戰攜行電源，到無人機、無人潛航器以及作戰車輛動（dòng）力係（xì）統的升級，也在逐步積累技術（shù）和經（jīng）驗的過程中，為今後裝備燃料電池武器裝備性能的提升奠定了基礎。野戰條件下（xià）夜間作戰時，對武器裝備的隱（yǐn）蔽性要求極高，普通車輛發動（dòng）機產（chǎn）生的熱能會直接暴露於紅外夜視儀中。對此，美國陸軍（jun1）與通用汽車公司（sī）聯（lián）合研製出使用氫燃料電池驅動的輕型作戰卡車，噪聲水平明顯（xiǎn）降低，熱能（néng）排放也非常少，極大地提高了戰場生存能力。由於燃（rán）料電（diàn）池（chí）反應後副產（chǎn）物是水，該型作（zuò）戰卡車還能為士兵（bīng）進行戰場供水（shuǐ）。

目前，阻礙燃料電池實用化的主要問題（tí），在於燃料電池的環境適用性、使用壽命和經濟成本。近年來，盡管燃（rán）料電池的使（shǐ）用壽命有（yǒu）所提升，但（dàn）絕大多數僅維持在2200小時左右，與實用化（huà）5000小時的目標壽命還有不（bú）小差距。同時，燃料電池的生產和使用成本（běn）比較高，人們試圖通過使用廉價替代材料、改進製備工藝、加速批量化生產（chǎn）等方式，使燃料電（diàn）池的軍（jun1）事應用走上“快車道”。