燃料电池

燃料电池——引爆无人机续航“革命”

续航能力一直是无人机发展的一块短板，各个企业都在寻求延长续航能力的方法。

针对什么是燃料电池，燃料电池应用以及燃料电池影响等问题，本文做了如下分析和研究。从燃料电池关键零部件、材料、电堆及系统集成等关键技术，到无人机及车用动力系统等产品。一旦成功利用氢燃料电池这项绿色能源技术，将为整个社会创造价值。

燃料电池是一种发电装置，并非储能装置，它将燃料的化学能通过电化学方式直接转化为电能。内燃机是通过燃烧的方式将燃料的化学能先转化为热能，热能然后转化为机械能而做功。如果最终需要电能，机械能再通过发电机转化为电能。这样通过多次能量转换，最终效率就比较低。

燃料电池和电池也有相似之处，其原理都是把化学能直接转化为电能，所以两者的发电效率都很高。但燃料电池却又不属于一般意义上的电池，因为电池的“燃料”是预先存储在电池内部的，供电时间直接与电池的体积和重量成正比，燃料接近用完之前就必须充电，且充电时间一般很长；而燃料电池的燃料不储存在发电模块中，而是在需要发电时从外部燃料罐供给，这点又和内燃机类似，只要不断供给燃料，燃料电池就可以一直工作下去，且燃料加注时间短。就像一辆汽车，只要汽油不断，它就可以一直行驶下去，行驶里程由油箱大小决定，燃料加注时间短。所以，燃料电池兼具电池的高效率、无噪音、无运动件和内燃机的发电时间长、燃料加注快的优点。

那么氢燃料电池动力系统的寿命为多长时间？在日常使用中又如何保养维护，报废电池如何处理呢？”

目前燃料电池动力系统在进行正常保养的情况下的设计使用寿命不少于10000小时飞行时间与大型民用航空发动机相当。日常保养也很简单，每使用800至1000小时，建议返厂保养一次。保养期间，临时使用代用产品。

燃料电池使用寿命终结后，所有的都需要回收，从而不必对用户造成任何后处理的困扰。”

燃料电池动力系统应用于无人机

目前，燃料电池动力系统主要应用于工业级和军工级，消费级无人机和植保机暂时还没有应用。

“氢燃料电池需外部补给氢燃料，用户如何购买、储存、补充？大量购买氢燃料，是否会使无人机用户增加使用成本？”

通过完整设计一套让客户便捷使用的操作办法，从野外制氢、氢气加压加注的小型设备，到氢气安全储存方式都有相关产品和培训，从而达到便捷使用的目的。另外更换无人机的储气罐也很方便，一分钟即可完成，客户平时多备用一两个气罐，每个气罐能满足1.5至3小时的飞行，大多数任务都可完成。氢气的使用成本非常低廉，大概每次飞行两小时以上，氢气成本不超过20元，如果自己制氢，甚至更低。

关于客户补充氢气燃料的方式有三种：一是购买钢瓶氢气，自行加压。二是设立加气点，电话预约，专车运输。三是野外没有氢气的地方怎么办，利用一款小型制氢设备，体积约为加湿器大小，用纯净水电解制氢，直接加压就可使用。

如果用户会去非常偏远的地方执行任务，以上条件都无法满足的话，那么需要用户事先预估大致的任务时长，提前备好足够的燃料。”

氢燃料电池大量投入使用后，会对整个无人机和无人机电池行业产生怎样的影响？

燃料电池应用于无人机之后，会发生无人机应用场景上的量变。航时，将改变无人机的工作特性，成就无限可能。

一是燃料电池会带动无人机其他单元的创新。动力系统只是一个基础，一旦无人机航时长了，就会工作半径变大，飞得更远，那飞控系统、数据链就必须变得更远更精确，燃料电池动力系统的寿命很长，那机身、电机、电调等等的耐用性如何改善？这些问题以前不突出，现在需求出现了，有市场就有技术革新。

二是燃料电池会让无人机服务创新。以前的无人机服务大多数就是摄像，现在飞得久了，飞得远了，应用场景完全打开了一个视野，无人机服务业可以做的事情就更多了，比如无人机快递就有可能成为现实，电力巡线就不仅仅是爬杆了。无人机服务公司会因为这个创新带来很多新商机。

三是打开一个未知的无人机市场。有些应用场景和功能，需要我们去想象去沟通去实践，特别是在安防领域，航时和工作距离的优势尤为突出。空中巡逻、移动监视即将可以实现，人道救援、战区搜索，以前都需要人去做的事情，现在无人机就可以干了，那这个新兴市场就打开了。”

燃料电池是否会取代传统的锂电池？

相比锂电池来说，燃料电池的优点非常多：

●一是能量密度高。目前应用于无人机的燃料电池动力系统的能量密度达到了600wh/kg，是目前

最好的锂电池的三倍以上。2017年将推出的动力系统将达到锂电池能量密度的4—6倍，这样多旋翼无人机的航时可能会达到6小时以上。

●二是寿命长。在无人机上使用的锂电池一般工况都比较恶劣，充放电几十次之后，容量都会有

较大的衰减，失去执行任务的能力。而燃料电池动力系统在生命周期之内的功率和续航能力都几乎不发生变化。

●三是安全。锂电池由于自身有较大活性，在剧烈碰撞时燃烧、起火时有发生。燃料电池的燃料

与发电系统是分离的，在开放空间中几乎不存在爆炸可能。我们针对燃料系统反复的做了200米跌落试验，没有发现罐体造成任何实质性损坏。

●四是环保。锂电池虽然在工作的时候不产生污染物，但其生产过程中会产生一定的污染；废旧

电池的处理也是一件非常麻烦的事情。如果后处理不当，或者由于使用者随意丢弃，会对河流和土壤造成难以修复的破坏。燃料电池在生产和废物处理时，可以完全回收，没有二次污染，工作时也没有任何有毒物质和二氧化碳排放，只产生完全纯净的水。

燃料电池的劣势主要是价格和技术上存在一些瓶颈，摘列如下：

⏹燃料电池造价偏高。

⏹反应/启动性能不足，燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎。应性与稳定性常是鱼与熊掌不可

兼得。

⏹氢气储存技术有缺陷，有待未来的发展和创新。

⏹氢燃料基础建设不足。氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全世界充氢站仅约70站，

仍值示范推广阶段。此外，加气时间颇长，约需时5分钟，尚跟不上工商时代的步伐。

总之，燃料电池和锂电池各有各的优势，一种是发电装置，一种是储能装置，各有千秋，不可能完全互相替换。在需要短航时、低成本的领域，锂电池还是有其优势的。未来燃料电池经过数年的发展可能也会非常低廉，但储能装置也可能会有新的技术进步，双方各有优劣。

氢燃料电池的发展期望？

氢能，是世界的未来能源，取之不尽用之不竭，而且没有排放、没有污染。日本已经宣布将做“氢能化国家”，欧美都在大举发展氢能，注定这是一个改变世界的发展方向。

氢气被认为将成为21世纪最理想的能源。氢气是一种无色气体，燃烧产物是水。氢燃料作为能源最大的优势就是无污染、效率高、可循环利用，从而成为全球车企未来发展的方向之一。

燃料电池的发展有几个非常重要的驱动因素，首先是数量庞大且仍在不断增长的城镇人口。其次是空气污染问题。

燃料电池技术目前重点用于公共交通领域。燃料电池车辆与其他车辆相比，具有自身的优点。例如，柴油机的噪声和颗粒物排放问题较为突出，压缩天然气车也有噪声和成本的问题，电动车充电时间和行驶里程数受限。相比之下，燃料电池车辆的电池不需要频繁更换，而且对环境更为友好。

据了解，氢燃料电池目前已经用于商用汽车。丰田汽车公司的氢燃料电池汽车“未来”一经推出就引发了广泛关注，大众汽车公司不久前也研发出了试验用氢燃料电池汽车。日本、德国、美国等一些国家正在试验第二代燃料电池。

尽管如此，燃料电池目前仍未进行大规模应用，主要在于两大瓶颈：成本和技术。燃料电池成本虽已降至2006年的1/10，但仍有下降的空间，目前的电池技术本身也有需要改进之处。

燃料电池的成本不仅仅是电池本身，还包括配套的基础设施，所以从系统的角度看，需要的是一体化的解决方案，同时需要强大的支持。目前基本上所有的燃料电池公交车都是由政府补贴来支持的。风能和太阳能在初期也都是有补贴的，比如通过上网电价或者投资税减免政策等，使其达到一定规模之后，成本就自然降下来了。相比普通的公交车，燃料电池公交车成本会高很多，因此，需要补贴。

日前，日本三大车企——丰田、日产和本田发布联合声明称，计划联合投资60亿日元（约合4892万美元）支持日本氢气站的建设与运营，他们将共同承担加氢站运营所需费用的1/3，给予每座加氢站的资金支持最高达1100万日元（约合9万美元）。日本中央政府及地方政府也都表示会对加氢站的建设做出支持。

长期来看应用前景广阔：

氢燃料电池的前景需要从长期来看。使用燃料电池对于控制温室气体排放、减少空气污染、降低儿童哮喘病的发病率都有益处，大家有没有算过总的空气质量成本？实际上，这些成本都会体现在经济上，最终会发现使用燃料电池从经济上看是划算的。

目前，燃料电池汽车在成本、技术、性能和驾驶体验等方面，都有非常重大且可衡量的进展。而在无人机领域，希望所有研发燃料电池动力系统无人机厂家合作，积极推动无人机产业的变革、创新和发展。