便攜式氫燃料電池為軍用裝備注入活力

　　小朋友能一手合握，你見過如此迷你輕便的氫燃料電池嗎？這是北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授李星國團隊研發(fā)的便攜式氫燃料電池，這款電池使用25克的氫燃料棒，實際發(fā)電量可達(dá)25Wh，而一臺常用的手機電池電量為15Wh。

　　“便攜式氫燃料電池可以為手提電腦、相機甚至戶外作業(yè)耗電機器持續(xù)提供電能，供電時間成倍高于各類蓄電池，也不會像普通的蓄電池一樣耗時充電，不僅具有廣泛的民用市場，還大有軍用裝備領(lǐng)域的發(fā)展空間。”該實驗室副教授鄭捷在接受科技日報記者采訪時表示，他所在的團隊?wèi){借著該技術(shù)走上了“參軍”的道路。

　　便攜式氫燃料電池成“潛力股”

　　“效率高、無噪聲、環(huán)境友好是氫燃料電池的三大優(yōu)勢。業(yè)界也都認(rèn)為氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)是一個長期的朝陽產(chǎn)業(yè)。”鄭捷表示，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機械能（發(fā)電機）的中間變換，這是氫燃料電池高效的秘訣；運行安靜，噪聲大約只有55分貝，相當(dāng)于人們正常會話的水平；氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物只有水，污染近乎為零。與普通的氫燃料電池相比，研發(fā)難度更大、集成度更高的便攜式氫燃料電池在人們戶外休閑、作業(yè)和軍隊執(zhí)行野外任務(wù)過程中都能夠扮演重要的角色。

　　“便攜式氫燃料電池憑借諸多優(yōu)勢具有廣泛的應(yīng)用前景，但必須以氫氣為燃料，而我們團隊最擅長的領(lǐng)域正是儲氫材料，其中MgH2是最具有應(yīng)用前景的。”鄭捷告訴記者，MgH2的作用是將氫以原子態(tài)形式存儲在材料內(nèi)部的空隙中，需要時通過與水的反應(yīng)將氫釋放出來，而以發(fā)電為核心的氫燃料電池則是消耗氫，二者是密切相關(guān)卻又完全不同的系統(tǒng)。

　　在民用市場“開疆拓土”

　　究竟是什么促使了李星國團隊的“跨界”呢？

　　“2015年1月，我們在一次偶然機會中參加了與燃料電池相關(guān)的研討會。與會的還有一些軍方專家，在交談的過程中了解到各個兵種對燃料電池都很感興趣。”鄭捷回憶，既然團隊有儲氫技術(shù)的基礎(chǔ)，為何不向前跨越一步？當(dāng)然，一次的交流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在隨后的3年時間里，李星國團隊逐漸與軍方相關(guān)單位開始了密切交流和戰(zhàn)略合作。

　　李星國團隊通過對納米MgH2的活化，使其與水迅速反應(yīng)，達(dá)到了均勻且快速釋放氫的目的，這種即產(chǎn)即用的方式使氫氣壓力大大降低，提高了安全性，從而降低了對儲氫罐外殼的要求，即足夠安全的反應(yīng)控制可以利用輕便的材料代替原本的金屬外殼。如此一來，成本自然會大幅降低，對于士兵而言，負(fù)重也得到了有效緩解，這也是與軍方合作的契機。

　　在基礎(chǔ)研究功底的助推下，李星國團隊很快做出了樣品——一個邊長15厘米左右的立方體。其實這種便攜式氫燃料電池的形狀并不固定，為了在某些狹小、固定空間的軍用裝備上使用，儲氫、發(fā)電以及電控單元被“貼心”地設(shè)計成了3個模塊，可以根據(jù)服役空間進行組合和拼裝。

　　“家里有糧，心里不慌。”鄭捷將團隊的技術(shù)和產(chǎn)品形象地稱為“家里的糧”。前不久鄭捷不僅帶著“家里糧”參加了第三屆中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽，還多次為中學(xué)生進行科普活動，未來還有可能在民用市場上“開疆拓土”。

　　需求對接決定了“參軍”之路是否順暢

　　雖然現(xiàn)階段還算順利，但鄭捷坦言，前些年也走了許多彎路。“最主要的原因在于當(dāng)時對軍方的具體需求不甚了解。”鄭捷舉例，出于成本的考慮，傳統(tǒng)的儲氫材料通常是設(shè)計成可重復(fù)使用的，即儲氫材料中的氫使用完畢后可再次充入新的氫，繼續(xù)使用。但在軍方看來，戰(zhàn)士執(zhí)行野外任務(wù)時基本沒有重復(fù)加氫的條件。“只有在了解到這個需求并設(shè)計了一次性的輕便氫燃料棒，我們才算擁有了‘參軍’的敲門磚。”鄭捷表示。

　　“需求對接決定了大學(xué)、科研機構(gòu)以及有研發(fā)能力的企業(yè)是否能走上‘參軍’之路，解決問題的能力卻決定著一個團隊在這條路上能夠走多遠(yuǎn)。”在鄭捷看來，一些團隊在軍民融合的大浪淘沙中保留下來，自然也有很多團隊在激烈的競爭中鎩羽而歸，再觀這些一如既往“堅挺”著的團隊，無一不具備解決科學(xué)問題和實際問題的能力。其實不止于軍民融合項目，也不論地域、時期、獨研亦或是合作，強硬的專業(yè)素質(zhì)和高超的科研水平始終都是一個研發(fā)隊伍的“鐵飯碗”。（實習(xí)記者 于紫月）