這是國內氫燃料無人機取得的又一項突破。

 

       與鋰電池相比，氫燃料電池具有高續航和環保的特點，未來在無人機領域的應用將會如何？

 

       應該承認，無人機雖已在各個民用領域得到了應用，卻也因為續航時間短飽受詬病。鋰電池是最常見的動力來源，不過由于能量密度的限制，很難有較大的突破，所以很多企業和科研人員都在嘗試尋找突破口。

 

       2016年3月，我國某無人機企業發布了一款多旋翼無人機新品，搭載武漢眾宇動力系統科技有限公司專為無人機研發的氫燃料電池動力系統，續航時間可達273分鐘。該產品的發布引發了業界的積極討論，在民用無人機領域，這種超長續航能力可謂驚艷，也證明了氫燃料電池有可能成為無人機行業痛點的解決方案。

 

       那么，氫燃料電池到底是什么呢？

 

       氫燃料電池是使用氫這種化學元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫在陽極變成氫離子（質子）通過電解質轉移到陰極，同時放出電子通過外部的負載到達陰極，與氧氣發生反應生成水。由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲能，確切的講應該稱為氫發電裝置。

 

       氫燃料電池技術早在半個世紀以前就已經登場，當時是應用于航天領域，往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。不過很長時間以來，氫燃料電池技術因為成本和制取等難題，一直處于一種高高在上的姿態，難以大規模產業化，難以惠及民用。

 

       后來，汽車業發現了這一技術的潛力，越來越多的投身于此，氫燃料電池在業界的推動下，終于接了點“地氣兒”。2008年奧運會期間，上海大眾提供了20輛帕薩特領馭氫燃料電池汽車，作為奧運之行的“綠色車隊”。2014年，豐田發布氫燃料電池汽車Mirai并率先在日本上市，同時還宣布放棄約5680項燃料電池汽車專利技術，意在推動氫動力汽車的產業化。此外，本田、雷克薩斯、奔馳等一眾國際汽車品牌也紛紛展出了自己的氫燃料電池車。

 

       當然，車展樣車和實用性技術還有一定的差距，不過氫能依然被認為是連接化石能源向可再生能源過渡的重要橋梁，是實現能源可持續供給和循環的重要能源載體之一。

 

       氫燃料電池在無人機領域起步較晚，聲勢不算浩大，卻一直在穩步的發展中。最早是軍工院所和學院派起主導作用，后來企業加入其中，開始了將氫燃料電池無人機產業化的嘗試。

 

       2012年，由遼寧通用航空研究院自主研制的“雷鳥”氫燃料無人機，由同濟大學航空航天與力學學院和上海奧科賽飛機公司共同研制的氫燃料電池無人機“飛躍一號”，相繼完成試飛。

 

       2013年，美國海軍研究實驗室研發的“離子虎” (Ion Tiger)無人機搭載液氫燃料，連續飛行48小時1分鐘，打破其在2009年創造的26小時的飛行記錄。

 

       2016年2月，蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）在蘇格蘭機場成功進行了第一架使用固態氫動力系統無人機的飛行測試，起飛10分鐘運行200英尺，并平穩著陸。它采用的是Cella公司的氫動力氣體發生器和Arcola集成的燃料電池，運行原理為：氣體發生器使用專有的固態物質，將該物質加熱到100℃以上時可將釋放出大量的氫氣。

 

       由于之前的研究主要還是科研機構的成果，業內都還沒有將他們與民用扯上太多聯系，所以關注度一直不是很高。但是隨著最近兩年來，企業開始發布氫燃料電池無人機產品，氫燃料電池無人機作能否在民用領域真正落地的問題，引發了越來越多的討論。

 

       那么，氫燃料電池到底有什么魅力，能被包括無人機在內的諸多科技領域所青睞呢？

 

       大量實踐表明，相比于傳統動力來源，氫燃料電池有著明顯的優勢：

 

       一、高續航能力。目前市面上的多旋翼無人機主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，續航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，因技術方面的不同有所差別，但大部分續航時間都在45分鐘以內。2016年5月，眾宇動力在新疆勝利達坂地區，對氫燃料電池系統在高原應用中功效進行了一系列測試。搭載其HyLite動力系統的六旋翼無人機動力系統的六旋翼無人機，在海拔3500米，平均風速16m/s，陣風18-19m/s，負重1Kg的環境下進行實飛，保持了2小時的續航。

 

       二、環保。燃料電池排出的是水蒸氣，對環境的影響可以忽略不計。隨著全球工業化進程不斷加快，化石燃料消耗量日益增長，環境污染問題也越來越受到關注，氫能有望成為化石燃料的替代品。

 

       三、安全。氫氣是最輕的、逃逸性最強的燃料，很難聚集，少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣體；燃料電池工作的整個過程溫度在80℃以下，沒有燃燒過程；海拔3000m以下，對燃料電池性能影響微乎其微。

 

不過，很多突破性成果出現，都不可避免地要遭受質疑。氫燃料電池無人機所受的爭議大多圍繞著氫燃料的來源、存儲、成本及安全問題。那么實際情況到底是什么樣呢，下面就這些問題進行一些剖析：

 

       一、氫氣的制取。實際上，氫氣制取的方法非常多，最常見的包括水電解和天然氣或甲醇等化石燃料的重整。2016年數據顯示，全球90%以上的氫氣都是通過后者的方法制取出來的，技術非常成熟，工廠車間成本大約為2.5元/m³，而在HYDrone-1800上實現4.5小時續航大約只消耗了3.5m³氫氣。但是現在氫氣還是屬于一種工業品，算上分裝、壓縮、運輸、分銷等成本，高純氫的零售價格一般在15元/ m³左右。現在許多工業國家正努力在未來實現氫經濟社會，將氫氣變成一種消費品，其潛在的成本非常低廉。我們國家正在大力推廣煤制氫，氫氣成本大約為0.8-1元/m³。

 

       二、燃料電池的高昂價格。在氫燃料電池發電的過程中會用到金屬鉑作為催化劑。而金屬鉑，就是我們常說的白金，屬于稀缺金屬，被很多人認為是造成燃料電池成本高的一個原因。但是事實上目前燃料電池中鉑的使用量非常少，其材料成本根本不高，每kW功率燃料電池所含有的鉑的價值大約也就100-200元，而且目前用量還在不斷降低。真正造成成本高的原因是產業不夠成熟，產量太小導致生產成本過高。當然單靠無人機行業可能無法將產量做到足夠大，但是隨著氫燃料電池在汽車等其他領域的普及，其成本會大幅下降，甚至低于鋰電池目前的成本水平。當然還有很多公司和研究機構在研究非貴金屬催化劑，有一些已經取得了不錯的效果。