中国发明超级电池! 美军方极度关注: 让高能武器体积减少三分之二

发布时间:2023-10-05 11:21:39   来源:博亿堂娱乐官方网站

  据《南华早报》报道称中国科学家已经开发出了世界上最强大的高能武器,并且随便什么时间都能让生产电动车电池的厂商生产这种放电速度极高的电池,有着很大的军事潜力,引发了美国军方的极度关注!

  《南华早报》引用了《海军工程大学学报》9月份发表的一项研究称,中国电子科技大学副研究员杨嘉伟领导的团队研究出了一种像超级电容一样放电的40165电池,研究人员表示,这种电池能在12~36秒内释放完所有能量,再次充电只需三分钟。

  这种放电速度是个什么概念?大概是现有电池最高放电速度的4倍以上,如此高的放电速率,已经极具军事意义!更关键的是该电池是利用现有的制造设备和成熟的原材料供应链开发的,适合以相比来说较低的成本进行大规模生产,中国目前拥有全球最庞大的锂电池生产企业,只需将这种电池的生产资料提供给这些厂家,立刻就能生产出军工业需要的电池。

  《南华早报》特别指出了这种能将大规模民用工业在战时为军工服务的重要意义,比如汽车工业在二战期间为盟军赢得战争胜利提供了极其关键的作用,当年的美国凯迪拉克汽车工业转向了坦克制造,别克生产战斗机发动机,而福特则制造了赫赫有名的B-24轰炸机。

  在二战期间,仅仅美国就有1000家企业转向军工生产,产出的物资占二战所需的物资的20%以上。随着新能源汽车的大量应用,国内外的军事专家都认为,这种新技术车辆将对国防工业产生极大的影响。

  目前该研究团队所在的中国电子科技大学已经被美国列为制裁名单,根据制裁规则,杨嘉伟领导的团队不能访问美国,也被禁止用任何美国设备或技术。看着像是制裁,但在笔者看来似乎更像是保护。

  如此重要的人才随便到美国访问,要是被扣留了怎么办?美国干出这样的事已经不是一次两次了,所以美国制裁并没有太大的现实意义,反而在另一种程度保护了这些科学家。

  估计很多网友的想不明白,为什么大容量电池达到了高速放电就具备了军事意义,所以对上文应该是看得云里雾里,下面以电磁弹射为例,我们简单说明下高速放电的重要意义!

  目前全球投入到正常的使用中的电磁弹射有两家,第一家就是美军福特号电磁弹射航母,有4台电磁弹射器;第二家是中国的003航母福建舰,有3台电磁弹射器,这种设备的原理是利用直线电机原理,在短时间将载荷加速到极高的速度。

  由于是电磁弹射,能够最终靠控制系统以及弹射滑块所在的位置,精确控制弹射加速度,不但可以让飞行员更舒适,也能调节弹射力大小弹射不同的机型,比如重型战斗机与轻型无人机等。

  这种弹射器说起来很简单,只是一台直线千米/小时,这期间所需要的能量有多大,下面简单计算下:

  假设一架35吨的重型战斗机在3秒内加速到240千米/小时的起飞速度,其动能大约是:7.76223e+8J这个动能约合:215.6175千瓦时功率大约是:258,741KW一般弹射间隔为50秒左右,所以充电系统必须在50秒之内将这个损耗的电充满,因此充电系统的功率大约是:15,524.46KW按弹射器效率50%算,充电效率80%算,那么这个充电功率将会增加到:38,811.15KW;按福建舰3条弹射器计算,那么需要:116,433.45KW,如果错开一点点,比如将三条弹射器的同时弹射变成100秒弹射三次,那么功率能够更好的降低到77,622.3KW。

  这里给出了两个关键数据,一个是弹射一次所需的215.6175千瓦时,另一个是充电功率大约为16,433.45KW,根据这两个数据,我们基本能提出对供电系统的要求:

  首先是这个215千瓦时得转换成安时,以直流电压3000V计,约为3000V/72AH,需要在3秒内放电,需要的电流大约是86,400A,放电速度大约为1200C。

  这个C是什么概念?实际上的意思就是电池的放电速度,比如一节常用的18650锂电池,假设其容量为6000mAh,以5C放电,最大电流为30A,10C放电就为60A,这个指标越高,表示这种电池的高速放电性能越好。

  目前最好的锂电池放电速度在75C左右,网上也有资料称最大放电性能可达120C,但这种放电速度只是短期内或者近似于短路电流,并非稳定放电,那个标记的多少C是稳定放电电流,所以指标要求的条件还是很高的。

  上文中的40165在12~36秒内放完电,是什么概念呢?大约是100C~300C之间,这个可是稳定放电电流,上文中的1200C,只需要4组电池并联即可达到1200C的放电效果,要是以常规锂电池75C放电,那么需要16组并联,这个难度体积要比40165电池组要庞大得多!

  除了用高C放电的电池外,一般用这种锂电池储能并需要高C放电的场合会搭配超级电容,这是一种法拉电容,最大容量可达15万法拉,其优点是内阻极低,几乎能以短路电流释放能量,缺点是与锂电池相比其容量还是偏小,一般锂电池搭配超级电容,提供在极端场合下需要的超级大电流放电。

  与搭配低C放电的电池相比,高C放电的电池所需要的超级电容也会比较少,整体搭配上能做到最小的体积提供最大的容量与电流,在电磁弹射场合,很适合这种不需要规则场所的储能设施,体积比盘型电动机的飞轮储能体积减少2/3以上。

  福特号电磁弹射航母使用的储能设备是飞轮储能的盘形电机,原理是发电机的转子作为飞轮,电机启动后带动自身飞轮旋转,达到标准速度后切断加速从始至终保持高转速,等到需要输出电能时载入励磁,发电机线圈输出强大的电流,供给电磁弹射器工作。

  之所以美军选用盘形电机是因为福特号航母用的是中压交流系统,如果选用直流储能的电池+超级电容,那么需要整流充电,然后再需要逆变供电,这个一来一去损失比较大,而且外围设备比较复杂。

  而盘形电机没这个问题,它可以直接用交流电推动工作,发电时也可以直接发出交流电,这一点在中压交流电的控制上就很方便了,但由于盘形电机是一个巨大的飞轮,安装需要庞大的空间,并且在福特号上就有四台,因此这个体积可不是一般的大,不像锂电池和超级电容到处都可以塞。

  目前舰载设备上除了电磁弹射这种使用极高能量的装备外,其他还有电磁炮与激光武器,这些武器都是在需要短时间之内提供极大电流的武器装备,是舰载武器中的电源使用大户,需要就近配置电源,上文也简单说明了储能的两种典型路子,一种是电池+超级电容,另一种则是飞轮电机。

  这两种储能方式中,电池+超级电容显然优势更大,因为这样的形式可以搭配使用设备的大小随意搭配电源组合以满足供电需求,并且还几乎免维护。一般有个数立方米空间即可满足。但要是使用盘形发电机,那个体积就大了,而且维护要求很高,启动速度慢,对振动还比较敏感。

  2023年6月13日,马伟明在《电工技术学报》发表了一篇论文,详细叙述了这种“超级战舰”的可能性,马院士表示,目前已经突破全电推进技术,可以把轨道炮、线圈炮、激光武器和高能微波武器整合到一艘舰艇上。

  马院士表示,这艘舰艇配备的这些武器能担当各种任务,把整个舰队的打击与防空任务全部给兼任起来了,一艘舰艇即可扛下整个舰队的任务,上面几种武器的功能大概能这样分配:

  这些都是高能武器,用法超出你的想象!轨道炮射程超过300千米,达到了战术导弹的效果,激光武器防空,几乎不需要提前量,这个不仅能连接战斗机、导弹,还能连接战术导弹与战略弹道导弹,还能拦截高超音速导弹。

  这些武器无疑都是耗电大户,短期功率极大,不是用强迫储能系统显然是不可能的,而且还必须是中压直流系统,我国的舰载全电系统就是中压直流,美军的舰载全电系统是中压交流系统,此时各位就会发现中压交流就只有一个配电方便,其他统统都是缺点。

  笔者能确定的是如果美军继续推进中压交流系统,那么全能舰这种改变未来作战方式的舰艇与美军无缘了,未来美军的装备刚到美军手里就落伍了,这仗还怎么打?