近些年來,中國在新能源汽車領域,尤其是以鋰離子電池為動力的電動汽車領域,取得了突飛猛進的發展。中國已經是世界上生產和銷售電動汽車數量最多的國家,今年以電動汽車為主的家用汽車出口量將有可能超過德國,成為世界第二。中國的比亞迪公司已經超越美國特斯拉,成為世界第一大電動汽車生產商。同時,中國也生產了佔全球將近四分之三的電動汽車電池,在電池技術方面處於世界領先地位。在國家促進軍民融合發展的政策驅動下,我國軍工科研人員自然想到了將鋰離子電池用到潛艇上。
(我軍新型常規潛艇)
最近,《南華早報》在大陸公開科研期刊《海洋電氣與電子工程》雜誌上,看到青島海軍潛艇學院研究人員發表了一篇關於鋰離子電池在常規潛艇上應用的論文。文章稱鋰離子電池可以使常規潛艇的水下續航能力提高一倍以上,並大大提高在高速運行時的加速性能。
(中國企業生產的刀片式鋰離子電池擁有極高的安全性)
眾所周知,世界常規潛艇在發展的早期,基本都使用柴油機帶動發電機來給鉛酸蓄電池充電,在水下航行時就靠鉛酸蓄電池驅動電機、帶動螺旋槳旋轉。然而柴油機工作時需要空氣,因此在充電時常規潛艇必須浮在水面上,或者在潛望鏡深度伸出通氣管,這會大大增加暴露的可能性,使得潛艇生存能力低下。並且鉛酸蓄電池的儲能容量低、充電慢、功率輸出弱、壽命短,還可能產生有毒的煙霧。相比之下,鋰離子電池具有十分優異的能量密度、更快的充電速度、更高的放電功率和更長的電池壽命。然而鋰離子電池也不全是優點,它最大的缺點就是存在熱失控的危險,容易引發火災,這對潛艇來說是致命的。一顆過熱的鋰離子電池就可能會導致整個電池組發生熱失控故障,從而造成火災。
(日本大鯨級的首艦“大鯨”號)
在《海洋電氣與電子工程》這篇文章中,研究人員表示中國電動汽車業界已經找到了解決鋰離子安全問題的技術方案。研究團隊發現,使用低成本的鐵和磷酸鹽可以取代鋰離子電池中常見的,但是很危險的鎳和鈷組合,因此能在不影響性能的情況下提高安全性。根據《南華早報》引用的行業數據,在中國汽車市場上,使用磷酸鐵鋰電池技術的電動汽車數量,已經超過了使用鎳鈷電池的數量。研究團隊對潛艇鋰離子電池的其他安全性創新,還包括用於電池包裝的碳和陶瓷塗層等。
實際上,日本和韓國已經開始在常規潛艇上使用鋰離子電池。日本目前有3艘使用鋰離子電池技術的常規潛艇:蒼龍級的“凰龍”號、“斗龍”號以及大鯨級首艦“大鯨”號。而韓國此前下水的KSS-Ⅲ型第二批次柴電攻擊潛艇也使用了鋰離子電池。日本在潛艇鋰離子電池中使用了金屬錳以提高安全性,但付出了性能降低的代價。韓國則仍然使用含鎳和鈷的鋰離子電池,但增加了很多其他設計來提高安全性。
(韓國KSS-III型常規潛艇)
目前,世界上也有其他一些國家在研製常規潛艇使用鋰離子電池,包括德國、法國和瑞典。這說明使用鋰離子電池有可能成為取代“絕氣推進系統“(AIP)的趨勢。AIP系統是最近幾十年發展起來的提高常規潛艇水下航行性能的技術,有許多技術流派。我國最新的常規潛艇和瑞典的“哥特蘭”級都使用了斯特林機技術。這種技術必須攜帶液氧,也會帶來安全性的問題,並且會佔用潛艇內部不小的空間。同時,斯特林機工作時的震動會產生噪音,潛艇需要增加動力系統隔音設備。斯特林發動機的輸出功率也比較低,潛艇的航行速度和加速度都比較慢。
此外,使用鋰離子電池的常規潛艇對核潛艇來說也有一定優勢:因為它更加安靜。儘管核潛艇在理論上具有無限的續航能力,但核反應堆會產生可被敵方探測到的熱量,因此必須保持冷卻泵運轉,從而可能產生出一定的噪音。此外,核潛艇的尾流中也可能含有微弱的核輻射痕迹,能夠被敵方使用專門的尾流跟蹤傳感器,比如俄羅斯的SOKS系統探測到。
因此解放軍未來的新型常規潛艇使用鋰離子電池後,將在我國周邊海域擁有相對於美國核潛艇更大的優勢。