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工作原理
锂离子电池的工作原理是建立在“摇椅理论”上的,充电时锂离子从正极脱出,通过电解质到达负极,得到电子后与碳材料结合变为钴酸锂。放电时,锂离子从负极析出,通过电解质到达正极,重新回到层状钴酸锂骨架中,恢复到充电前的状态。由于锂离子电池在充、放电过程中,锂离子在正负极之间往返嵌入和脱出,就像摇椅一样摇来摇去,所以又被称为“摇椅电池”。
日本未来锂离子电池同现有蓄电池的对比
得益于锂离子电池的体积小、质量轻、能量密度高、循环寿命长、无毒无污染等优点,已经被各海军强国所重视。各国海军都希望能够将锂离子电池应用于新一代的柴电潜艇。据估算,如果柴电潜艇应用了锂离子电池之后,全速航行和经济航速航行下的水下续航力将分别提高3倍和5倍;如果非核AIP潜艇应用了锂离子电池,将使非核AIP潜艇在上述两种工况下的续航力提高3倍和7倍。这将极大的提高常规动力潜艇在现代海战条件下的作战效能、隐蔽性和生存能力。
发展现状和前景
目前,德国、法国在常规动力潜艇应用锂离子电池技术上处于世界领先地位。德国在20世纪90年代初开始探索潜艇用锂离子电池技术,霍瓦兹德意志造船公司和蒂森克虏伯海事系统公司以及GAIA公司密切合作,研发出潜艇用锂离子电池模块,总容量达到485安-小时。而且,该电池已经通过了关键技术评审,并且按照常规潜艇抗冲击、磁特征信号以及操作使用安全性进行了验证测试。
与同样容积的铅酸蓄电池相比,在水下全速航行工况下,锂离子电池放电量高出约4倍;在经济航速航行工况下,锂离子电池放电量高出约2.5倍。德国海军已经决定将该锂离子电池模块集成到新建的216型AIP潜艇。此外,法国舰船建造局DCNS与萨福特蓄电池公司从2000年开始研究用于常规潜艇的锂离子电池,目前已经完成锂离子电池陆基技术测试、锂离子电池的安全性测试、锂离子电池与柴油机的耦合试验、锂离子电池与AIP系统的耦合试验等。
在不久的将来,随着潜艇用锂离子电池技术的日臻成熟,很可能将彻底取代铅酸蓄电池,成为未来常规动力潜艇的主动力源。
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