开放式水力电池在海水中操作更安全、更便宜。另外,与传统的锂离子电池相比,用于无人驾驶的水下航行器其航行范围可提高十倍。其电力系统由合金铝阳极,合金阴极和位于电极之间的碱性电解质组成。组件只有在充满水时才会被激活。一旦铝阳极腐蚀,进行更换时成本也不高。
新启用的新型铝电池使UUVs(无人水下潜航器)的航行范围扩大十倍
空中无人机较大的航行距离能够帮人们在天空中执行重要任务。现在,麻省理工学院正在进行的开放式水力发电(OWP)项目希望能大大提高无人驾驶水下航行器(UUVs)的航行范围,使他们的一系列海上应用能够像空中无人机一样表现的更好。
最近,由于被主要技术公司L3 Technologies收购,OWP开发出了一种更安全、更耐用的新型铝水电源系统,与传统锂离子电池相比,其能是UUVs的航行范围提高十倍。
这种新的电力系统可以有很多更广泛的用途,包括帮助UUVs更长时间地深入海洋的深渊、探索船舶残骸、测绘海底形貌、进行海洋研究等。也可用于海上长期的石油勘探和各种军事应用。
随着收购的进行,OWP现在的目标是加强其电力系统的发展,不仅仅是为了UUVs,而且还适用于各种海底监控系统、声纳浮标系统和其他海洋研究设备。
OWP目前正在与美国海军合作,更换用于探测敌方潜艇的声学传感器中的电池。今年夏天,这家新兴公司将启动一个带有激流自治方案的试点,该方案将使用UUVs进行水下探测。目前,UUVs一次行驶距离大约100海里,但该公司希望OWP可以将距离增加到1000海里。
该电池的发明者之一Ian Salmon McKay说道“从此以后,人们想在水下做的每一件事都会变的很容易。”他与机械工程毕业的Thomas Milnes博士和Ruaridh Macdonald共同创立了OWP,并将于今年获得核工程领域的博士学位,他还说到:“我们要去征服海洋。”
“喝”海水发电
目前,大多数的UUVs使用的都是锂离子电池,但锂离子电池存在几个问题。如人们熟知的这种电池会着火,因此UUVs的电池不能空运。此外,他们的能量密度有限,就意味着昂贵的船舶服务费用,必要时为电池充电。而且,电池需要装在昂贵的金属压力容器中。总而言之,这种电池寿命短且不安全。
相反,OWP的电力系统更安全、更便宜、更持久。它是由铝合金、镍元素组成的阴极和位于电极之间的碱性电解质组成。
当配备电力系统的UUV被放置在海洋中时,海水会进入电池中,并且在阴极处被分解为氢氧根阴离子和氢气。氢氧根离子与铝阳极相互作用,产生氢氧化铝并释放电子。而电子向阴极运动,在途中向电路提供能量,以供其重新开始循环。并且氢氧化铝和氢气都是无害废弃物。
另外,只有充满水时组件才会被激活,一旦铝阳极腐蚀,替换它的成本也很低。
我们可以将电力系统视为
水下发动机,则水是化学反应中的氧化剂,而不是汽车发动机中所用空气。McKay说:“我们的电力系统可以“喝”海水、排除废物,但与地面发动机的废气相比,这种排除的废物是无害的。”
借助铝基电力系统,UUVs可以从岸上发射,并且不需要服务船,这创造了新的机会,降低了成本。例如,就石油勘探而言,目前用于探索墨西哥湾的UUVs需要靠近海岸,并且只能覆盖几条石油管道。而由OWP供电的UUVs可以覆盖数百英里,可以在需要新的电力系统之前返回,能够覆盖所有可用的石油管道。
考虑到2014年的马来西亚航空公司的坠机事件,其中UUVs被招募去搜索对其他船只设备不可通行的地区。McKay说:“在寻找碎片时,像这样的任务,大量的能量预算被用于下潜和上升,所以他们在海底的工作时间非常有限。因此,我们的电力系统还需继续改善。”