《海上舰艇的动力系统》⑩AIP系统的燃料电池能令功率翻倍，为何被慎用?

2017年11月15日，阿根廷海军圣胡安号潜艇在南大西洋海域失事，艇上44人全部遇难。事后调查发现又是潜艇内氢气泄露发生爆炸，最终导致沉没。
阿根廷海军圣胡安号潜艇

氢气是高度活泼的气体，他的爆炸极限范围非常广，达到4%～75.6%，特别是潜艇内部各舱室空间十分狭小，水下又通风不易，最害怕的就是碰到氢气爆炸。通常情况下，潜艇内部氢气有两个产生来源，一是制氧机电解水制氧时产生氢气逸出，二是蓄电池工作时电极会电解电解液产生氢气。
潜艇内部都需要定时进行除氢作业，阿根廷很可能是设备保养不善

此外还有些其他情况，比如俄罗斯库尔斯克号核潜艇爆炸，原因就是艇上鱼雷的过氧化氢燃料腐蚀泄露，分解放热施放氢气产生爆炸，进而殉爆了鱼雷舱的鱼雷。

这也是潜艇慎用燃料电池的主要原因，因为燃料电池使用的“燃料”就是氢气，他是让氢气和氧气反应化学能直接转化为电能，能量转化率高。对比下传统柴电潜艇是燃料燃烧，化学能转化为热能，热能转化为机械能，机械能再转化为电能，转化步骤太多，转化效率太低，尤其是内燃机热能转化为机械能效率一直较低。

这也是燃料电池技术一直以来受到潜艇的热捧，被认为不依赖空气推进系统（AIP）各种方案中性能最好的。实际应用方面，谁都要嘀咕慌一下，原因就是带那么多氢会不会变成“作死”行为。

比如毛子的拉达级潜艇，原本作为基洛级潜艇后继型号，结果配套的燃料电池AIP技术迟迟无法攻克。毛子后来打算直接购买德国的燃料电池作为替代，结果乌克兰危机被西方集体制裁又告吹，到现在为止两艘拉达级潜艇都还没安装AIP系统。
我国当初和毛子达成引进拉达级潜艇协议，但最后没有执行，很可能是拉达级潜艇的燃料电池可靠性无法满足。

这也是为什么到目前为止，燃料电池作为下潜艇AIP动力早就被大家广泛看好，但真正在搞的到现在只有德国。德国的212/214型潜艇是目前唯一一款使用燃料电池作为AIP系统的潜艇，这主要是德国在燃料电池方面投入最为巨大，技术最为成熟。而且燃料电池汽车也被认为未来新能源汽车的发展方向之一，德国汽车巨头在燃料电池领域投入巨大。
德国
212/214
背部设置储氢罐，即使燃料电池工作可靠性没问题。但如果潜艇受攻击或碰撞，发生氢气泄露也是必死行为。
燃料电池最大应用空间还是新能源汽车领域

即使燃料电池技术也相当先进的日本，其建造第11艘苍龙级潜艇凰龙号更换电池时，也没有选择燃料电池，而是宁可选择同样有相当危险性的锂电池，可见对于潜艇来说，锂电池的危险性跟燃料电池相比就是个弟弟。
凰龙号潜艇，日本其实还好，毕竟锂电池产业世界第一，韩国KSS-3型潜艇用的锂电池可是三星SDI公司生产的啊，炸死自家note 7手机的那家公司……

AIP不依赖空气推进系统目前主流有五种，分别是动斯特林发动机、燃料电池、闭式循环汽轮机、闭式循环柴油机和小型核动力混合推进系统，目前均已装艇试验。现在AIP艇都仍以柴油机为主机, AIP只起辅助推进作用，现阶段无法承担水下航行所需全部能量，潜艇需要在水下高速行驶时仍需用蓄电池，AIP系统主要用于低速航行和艇上部分生活负载的能量需要，充其量还是减少通气管航行时间，降低暴露率，这主要是由于常规潜空间小，AIP系统的燃料和氧化剂携带量有限，目前这几种AIP的输出功率 只相当于常规潜艇装备的标准柴油机一电机推进系统最大输出功率的十分之一左右。

燃料电池的优点

1燃料电池把化学能直接转换成电能，转换效率达70%，远高于其它内燃机效率。

2燃料电池在生成电能过程中基本不需要机械运动部件，所以噪声很低机械振动小。

3.燃料电泡在能量转换过程中能量损耗小，因此散热量小，大大减少了潜艇的热辐射强度。

4燃料电池运行的直接产物是水和一氧化碳，不产生其它废气，不会对尾迹造成不良影响。

5.燃料电池没有运动部件因此容易维护保养。

但燃料电池也有一个致命的缺点那就是功率密度低，氢燃料存储不易，安全系数低，更换工作繁琐。

燃料电池目前在U212艇上己装艇多年，德国在上世纪80年代开始AIP潜艇研制，霍瓦玆公司开发的是燃料电池，蒂森公司开发闭式循环柴油机。装备燃特电池的212A艇水下排水量1830吨，水下最高航速20节,水面航速12节。燃料电池与艇上柴电系统共存，燃料电池用于水下长时间低速巡逻航行，而柴油机用于高速航行时，两种可单独或联合工作。212A潜艇每个燃料电 池模块单元的输出功率为34千瓦，9个模块输出功率达300千瓦。212A如果只用燃料电池推进，以4.5节水下航行可连续航行12昼夜，同时还能提供11千瓦的艇上生活用电，在仅利用燃料电池而不用蓄电池时,可以8节连续航行7天。虽然纸面数据很好，但现实是U212艇的在航率极低。