連日來，很多人的朋友圈都被日本最新的鋰離子聚合物電池潛艇刷屏。近日，日本第11艘蒼龍級(jí)“凰龍”號(hào)常規(guī)動(dòng)力潛艇下水，這也是世界上第一艘使用鋰離子電池作為動(dòng)力的潛艇。
早在2014年日本海上自衛(wèi)隊(duì)就宣布，2015年開工的蒼龍級(jí)潛艇將革命性地采用鋰離子電池。當(dāng)時(shí)有國外媒體報(bào)道，日本蒼龍級(jí)潛艇在換裝鋰離子電池的同時(shí)還將取消原有的AIP系統(tǒng)，即只保留鋰電池組+柴油機(jī)的動(dòng)力組合。對(duì)于這種革命性的設(shè)想，當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)卻不甚統(tǒng)一，很多人對(duì)這種頗為激進(jìn)的設(shè)計(jì)心存疑慮。“凰龍”號(hào)的下水使這種激進(jìn)的設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
瞭望智庫特約研究員易芳指出：“鋰電潛艇是鋰離子聚合物電池成熟情況下，作為改進(jìn)AIP潛艇電力推進(jìn)分系統(tǒng)的一種方式，但絕不是唯一先進(jìn)的方式。”
蓄電池性能制約催生了AIP潛艇
潛艇自問世以來就以其神鬼莫測的隱蔽性、較強(qiáng)的突擊性，成為各個(gè)國家積極發(fā)展的海戰(zhàn)利器。然而早期的潛艇卻和人們的設(shè)想相去甚遠(yuǎn)。在人們的設(shè)想里，潛艇應(yīng)該和科幻小說《海底兩萬里》中的“鸚鵡螺”號(hào)那般，能長時(shí)間航行于大洋深處。但技術(shù)卻限制了人們的想象力，一直到二戰(zhàn)期間，各國軍隊(duì)使用的還是19世紀(jì)末期科學(xué)家們發(fā)明的柴電動(dòng)力潛艇，即水面航行時(shí)使用內(nèi)燃機(jī)，在水下航行時(shí)則使用蓄電池和電動(dòng)機(jī)。而這種設(shè)計(jì)一直到今天仍然有廣泛的市場。
由于電池技術(shù)的限制，柴電潛艇只能在水下航行10—100個(gè)小時(shí)，就必須充電。柴油機(jī)的運(yùn)行離不開氧氣，因此必須浮上水面，或者采用通氣管。這樣一來，其隱蔽性就大大降低。為此，人們也一直在尋找各種方式，來突破這一制約，以核能作為動(dòng)力就是選擇之一。美國人所設(shè)計(jì)的世界上第一艘核潛艇就使用了“鸚鵡螺”號(hào)的名字。但是限于各種制約，核潛艇始終是少數(shù)國家的專利。
對(duì)于適用范圍更廣的常規(guī)動(dòng)力潛艇來說，究竟有沒有更好的解決辦法呢?
上百年來，由于電池技術(shù)進(jìn)步緩慢，常規(guī)動(dòng)力潛艇一直主要使用著鉛酸電池。鉛酸電池性能穩(wěn)定可靠，使用的原材料易于獲得且廉價(jià)，本身結(jié)構(gòu)簡單易于維護(hù)。但隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，鉛酸電池的缺點(diǎn)也開始被放大——其體積和重量太大，而儲(chǔ)電比能卻又很低，而且充滿電很費(fèi)時(shí)間，也就是說比起鋰電池等后來者其能量密度比較低。
因此，要增加柴電潛艇水下航行的持續(xù)性和隱蔽性，提高電池的儲(chǔ)電能力和效率就變得非常重要。但電池技術(shù)的進(jìn)步顯然不能滿足軍事需求，由此人們研發(fā)了不依賴空氣的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)——AIP系統(tǒng)。
易芳介紹：“早期的AIP潛艇，如‘斯特林’發(fā)動(dòng)機(jī)AIP動(dòng)力核潛艇，主要采用熱力發(fā)動(dòng)機(jī)+鉛酸蓄電池組的方式作為電力推進(jìn)分系統(tǒng)，雖然提高了水下安全性能，但降低了水下航速，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。因此，后來又有了閉式循環(huán)柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)等方式出現(xiàn)。”
鉛酸電池必將被新式電池取代
AIP潛艇從一定程度上降低了潛艇對(duì)蓄電池的要求，但這不意味著潛艇就不需要更好的電池。畢竟，相較柴電潛艇，AIP潛艇的系統(tǒng)更為復(fù)雜。
“凰龍”號(hào)在維持規(guī)格和航速不變的情況下，使用鋰離子電池替換掉整個(gè)“斯特林”發(fā)動(dòng)機(jī)的AIP動(dòng)力系統(tǒng)和鉛酸蓄電池。
“凰龍”號(hào)所采用的這種設(shè)計(jì)使得當(dāng)前最熱門的AIP潛艇有了新的替代方式，從技術(shù)原理上看，又變回了柴電潛艇。
“鉛酸電池存在一系列問題，而且根據(jù)其工作原理改進(jìn)的空間十分有限，而且還需要額外的發(fā)動(dòng)機(jī)供電，占用了潛艇過多的空間，因此一旦出現(xiàn)更成熟電池技術(shù)，例如鋰離子聚合物電池，就必然會(huì)被取代。”易芳說。
