200噸白銀才6億人民幣!使用銀鋅電池或鋰電池的潛艇是否有前途?

發稿時間: 2019-11-21 04:48:31

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續航可能差一些,只能跑個幾百海里,但是一無噪音二低熱量。

▲鋰電池潛艇的的理想設計方案

深潛者:在全功率AIP出現之前當然有錢途了。

居家男人:要是電池自燃怎么辦?

深潛者:采用氟利昂冷卻兼顧消防。

其實銀鋅電池也蠻好的,現在循環壽命已經能做到幾百次了。反正二百噸白銀也才一億刀嘛,和二戰是曼哈頓計劃的電磁分離器一樣算從財政部免息借來的就好嘛。

AIP系統危險的是液氧吧?柴油、乙醇、儲氫合金等和柴油一樣安全嘛。
而且熱動力魚雷危險的也是用過氧化氫的吧?奧托推進劑貌似是最安全的熱動力魚雷推進劑了。

▲常規潛艇中有很大一部分容積用來安裝鋰電池組

王尼瑪II:全功率AIP那就是核潛艇了吧......

深潛者:說發是常規動力的兆瓦級AIP呀!

tager:用奧托燃料的發動機有什么技術難點嗎?

電網:60萬塊錢一噸,其他沒啥缺點~

HeavenDevil:人類搞出來最大熱值的燃料有啥啊網叔?

深潛者:魚雷能用的就是鋰加六氟化硫了。

雅卡托維托巴:關鍵是車葉噪聲和流體噪聲的問題啊,那幫2-4節蹲坑的......機械噪聲不是最大的啊。

wswwlxwe:一公斤白銀3000,200噸白銀需要6億人民幣。真貴。

深潛者:也還好的,一艘短鰭梭魚常規潛艇貌似就二三十億刀呢。拿出一億刀買白銀也不算什么呀。

▲日本海自宣布自2015年開工的蒼龍級潛艇開始全部使用鋰電池動力

黃山上的一棵樹:鋰電的話,造百噸級別的岸防潛艇嗎?

hhiq:日本不是正在搞嗎?

alarm:你嚴重低估了大容量鋰電池組的安全風險。

broodzero:鋰電池主要是安全性不可控吧。不論怎么弄,都有可能自燃,畢竟很難做到時刻檢測每一個電芯,是否處于安全狀態。還有一個能量密度還是低。

深潛者:泡到氟利昂冷卻劑/滅火劑里就不怕自燃了。

田單:現在潛艇用的都是鉛酸蓄電池,我估計幾年內應該會出現鋰電池。

碩果僅存的紀綱:特斯拉牌潛艇。10W只18650電池?

王尼瑪II:特斯拉牌攻擊潛艇,水下排水量2000噸,三百萬枚18650鋰電池供電,6節/600海里。(手動滑稽)

DasUboot:我記得以前討論的結論是這玩意的體積能量密度沒頭優勢,而且充放電都會發熱。

▲日本全日空航空波音787輔助動力系統中發熱膨脹的鋰電池組

王尼瑪II:至少比核反應堆與柴油機的熱量小吧。

DasUboot:安全問題。

天之藍海之藍:日本不是說潛艇要換鋰電池么?

cqduoluo:按鋰電池目前150wh/kg的能量密度,1000噸才150kkwh,1艘3000噸的常規AIP潛艇推進電機是6000KW,每小時耗電6kkwh,只能跑25個小時。哪怕只當AIP起碼也需要600kw的推進電機,每小時耗電0.6kkwh,只能跑250小時,按航速4節算只能跑1000海里,現在AIP用的熱氣機也好燃料電池也好,起碼能跑2000海里吧,而應該才幾百噸。

深潛者:請注意,現在還沒有兆瓦級的AIP呀!SSK在高速下只能指望電池。

cqduoluo:所以根本不現實啊,我上面算得比較保守,實際上按蒼龍公開的6節6000海里的AIP能力,靠鋰電池就是笑話,更別說靠鋰電池當主動力了。

深潛者:樓主說的不是把常規潛艇上用的鉛酸電池換成鋰離子電池嗎?不是指純電潛艇吧?

cqduoluo:續航可能差一些,只能跑個幾百海里,但是一無噪音二低熱量。你還沒理解樓主的腦洞風格么......

蒼龍的6000海里/6節AIP潛航能力值得懷疑。如果是真的話,那以斯特林熱氣機的效率,就得帶300t液氧了。

▲高能鋰電池可以解決常規潛艇在水下續航時間不夠長的問題

深潛者:按這么算的話,蒼龍的AIP用燃料、液氧、全套AIP系統、沖刺用電池加起來能解決1000t了。假設帶1000t鋰離子電池組,比能量150Wh/kg,那么就是150MWh儲能,以20節沖刺能航行500海里,以6節巡航能航行快4000海里。其實也沒差多少啦!

212A的AIP配置是38個裝84kg氫的儲氫合金罐(總計3192kg),燃料電池效率據說可達58%(不過這個貌似是按照吉布斯自由能算的),也既比氫耗大約是52.23gH/kWh,也既3192kg氫可發電61MWh。按燃料電池功率240kW計算,可全功率運行254h,估計AIP航速為8節,則AIP續航力2000海里/8節。如果按6節巡航,則可航行大約3000海里。但這套AIP系統的總體比能量其實沒想象的那么高,雖然氫的有效比能量可達19kWh/kg,但因為4200kg的儲氫罐才能儲存84kg氫氣(2%),那么到儲氫罐的比能量就下降到了380Wh/kg,3192kg氫需要搭配25.6t液氧,假設液氧系統有34t重,FC-AIP系統重80t。那么全系統重量就高達300t了,這樣總體比能量也就是200Wh/kg。比現有的鋰離子電池組還高了不少,但面對未來單體比能量高達300~500Wh/kg的鋰離子電池就沒有優勢了。

cqduoluo:要不了那么多,蒼龍2臺熱氣機加起來還沒200KW,也就200噸液氧,算上儲氣裝置也到不了500噸吧,和1000噸比差距是明顯的。
而且在功率一樣的前提下,加液氧的重量負擔比電池可少多了。
說到底電池的能量密度怎么可能和石油比呢,你看純電動車現在續航才能多少。

深潛者:蒼龍不是4臺75kW斯特林熱氣機來著嗎?300kW×1000h=300MWh,按照熱效率30%算,需要85t柴油和300t液氧。據說AIP系統重200t。這些加一起就快600t了,你還得算上一堆鉛酸電池呀!我算的是用鋰離子電池將AIP+鉛酸電池都換掉的效果。假設鉛酸電池組400t,儲能不到20MWh。而1000t鋰離子電池組可達150MWh,可以達到AIP+鉛酸電池的一半了。雖然低速潛航能力不行,但高速上能多跑6.5倍。當然了如果保留AIP,只是把鉛酸電池換成鋰離子電池的話,那高速續航力也有200海里/20節(全鋰離子電池版則是500海里/20節)。

▲日本蒼龍級潛艇

cqduoluo:瑞典那個4v-275e熱氣機最大75KW,持續好像是65KW。
我記錯了,蒼龍是4臺,那也就200多啊,還沒300呢。
不過熱氣機確實進步不夠,鋰電池進步比較明顯,現在鬼子的湯潛據說在研究鋰電池換熱氣機,今年好像就要換,不知道是不是真的,估計鋰電池做到250kw/kg,就能徹底壓制熱氣機了,畢竟熱氣機加上氧氣罐和液氧,如果不能搞出大功率的直接換主柴油機,未來是沒前途的。

alarm:你還是沒明白鋰電池的工作原理……鋰電池安全么?安全!沒充電的鋰電池拿火燒都沒事,可以視為惰性物質。
鋰電池安全么?不安全!充電后的鋰電池,一旦發生殼體破損或者隔膜穿透,那就是鋁熱劑燃燒彈!
所以,在潛艇那樣密封、窄逼、不穩定的平臺上,在更加窄逼的底倉搭載上百噸鋰電池,安全風險……你自己想吧!

王尼瑪II:泡在冷卻劑里不就行了。

alarm:不行。
鋰電池充電后,鋰離子會被還原成金屬鋰,而且還會形成電極上的金屬毛刺,這種金屬毛刺很容易造成隔膜穿透,發生短路,然后劇烈放熱、起火。越是高功率密度的鋰電池,這種情況越嚴重。
如果是外殼破損,更簡單,金屬鋰自然,沒法救。
安全性問題就是鋰電池的喀忒琉斯之踵,電池組規模越大、安全風險越高,無解。

王尼瑪II:你說的是鋰金屬電池,不是鋰離子電池。
鋰金屬電池非常不安全,理論上可以充電,但是實際上還是當一次性電池用更合適,不過也有優點,那就是能量密度非常bug,可以和化學燃料相提并論。

alarm:鈷酸鋰正極活性材料在小電芯方面是很成熟的體系,但是充滿電后,仍舊有大量的鋰離子留在正極,當過充時,殘留在正極的鋰離子將會涌向負極,在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結果,甚至在正常充放電過程中,也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶,鈷酸鋰材料的理論比能量是超過每克270毫安時的,但為保證其循環性能,實際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中,由于某種原因(如管理系統損壞)而導致電池充電電壓過高,正極中剩余的一部分鋰就會脫出,經電解液到負極表面以金屬鋰的形式沉積形成枝晶。枝晶刺穿隔膜,形成內部短路。

深潛者:蒼龍不是4臺75kW斯特林熱氣機來著嗎?300kW×1000h=300MWh,按照熱效從比能量和安全性角度看,用抽濾器排除氫氧化鋁的鋁氧氣燃料電池大概是最好的方案了,如果按照蒼龍的氧流量算,鋁空氣電池系統能實現1190kW功率,比氫燃料電池的功率都高,能維持11節潛航。而340t鋁粒+300t液氧能提供1417MWh,是蒼龍的4.7倍。

注:本文所有圖片均來源于網絡。

本文出自北朝論壇,作者 : 王尼瑪II

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