由氢燃料电池驱动的马达滑翔机

当“Antares DLR-H2”电动滑翔机起飞时,任何希望听到引擎轰鸣的人都会大吃一惊:飞机从跑道上几乎无声地上升。而且也没有燃料的味道。因为“心宿二”是第一架完全使用氢(H2)动力的载人飞机。使这一切成为可能的燃料电池系统隐藏在机翼下的吊舱中。这是为车载电子设备和电机产生电力的地方。该系统的核心是膜电极组件,简称MEA,由巴斯夫燃料电池(黄东海)。在MEA中,由氧和氢之间的反应产生的化学能直接转化为电和热(见图形和信息框)。

Antares DLR- h2由德国航空航天中心(DLR)和Lange航空公司建造,用于测试燃料电池在航空应用方面的潜力。BFC的Carsten Henschel博士强调说:“巴斯夫正在参与一个试点项目,以推广一种创新的能源技术,这种技术将在不久的将来真正起飞,而不仅仅是在飞机上。”例如,在能源短缺时期,燃料电池可以帮助维持供应安全,因为氢可以从多种来源获得:风能或太阳能,天然气或柴油。此外,它比传统能源技术效率高得多,它排放的唯一废气是水蒸气。”

目前,开发者面临的挑战是,如何让燃料电池系统尽可能小、更轻,以便在实际应用中使用。实现这一点的关键因素是让系统拥有尽可能少的组件。传统的低温燃料电池系统工作温度最高可达80摄氏度。它们需要大量的辅助单元和复杂的控制系统来在地面和高空的飞机上发挥作用。由巴斯夫开发的MEA现在为系统建造者打开了新的视野:它包含世界上第一个商业可用的燃料电池膜,允许操作温度高达180摄氏度。该创新系统以Celtec®品牌上市。配备这种材料的燃料电池可以通过空气冷却,而不必用水润湿。这样就不需要空气增湿器、水泵、水箱、阀门和清洗系统。

乍一看,Celtec®薄膜的卓越效率并不明显:大约手大小的超薄矩形薄膜看起来与任何传统的塑料薄膜一样。然而,巴斯夫的研究人员已经成功地开发了一种基于温度稳定聚合物聚苯并咪唑的膜。这种塑料也用于消防服,使BFC薄膜具有卓越的耐热性。较高的工作温度还可以防止氢中的杂质在铂涂层电极(阳极)上积聚。在MEA中,铂作为催化剂引发电化学反应。杂质会阻碍其催化活性。因为与低温系统相比,高温燃料电池能承受更高水平的氢杂质,氢提纯变得更容易——这使得燃料电池系统更加坚固、简单和廉价。“多亏了Celtec®,燃料电池系统现在需要的组件减少了三分之一。这可以减少高达40%的成本。高温薄膜的发展最终使燃料电池成为一种有趣的商业销售产品,”BFC专家Henschel解释道。

为了使燃料电池能够产生足够的电力用于实际应用,如为Antares马达滑翔机提供动力,几个电池被组合成一个燃料电池堆栈。这是因为单个电池只能提供大约600到700毫伏的电压。专门针对Antares,丹麦Serenergy公司开发了一种特别轻的风冷堆系统,由数百个使用Celtec®MEAs的电池组成。每个多边环境协定是封闭在一个矩阵的导电石墨板。这些极板将各个电池连接在一起,引导电流向前并通过特殊的管道向MEAs提供氢气和氧气。有了这些力量,燃料电池就有能力将安塔瑞斯送上天空。

斯图加特DLR的Josef Kallo博士解释说:“在Antares的测试飞行之后,我们打算将燃料电池安装在我们的空客A320上,在那里它将被优化用于宽体飞机,使机载电力供应在未来更有效。”如果将燃料电池安装在宽体飞机上,它将是一个真正的全能设备:它产生的电能不仅可以用于提供能源,副产品的热量和水还可以作为机翼的“防冻剂”和卫生间的供应。DLR与Antares的测试系列计划于2010年完成,燃料电池将在DLR的“A320 ATRA”中首次起飞。

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