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氢燃料电池移动机器人到军事机器人

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  7. 军事机器人氢燃料电池

氢燃料电池将彻底改变移动机器人行业

用于军事战争机器人,自主移动机器人的水加洛特和更多。

水加洛尔军事机器人
齿轮SMP燃料电池供电移动机器人

如今,机器人技术正在彻底改变几乎每个行业——从提高工厂效率、在军事和灾难响应行动中拯救生命、自动驾驶汽车,甚至在手机应用程序中的面部识别——这只是举几个例子。

然而,目前移动机器人领域受到低效的储能技术的限制。为了获得动力,机器人系统必须做到以下两点:用电线把机器人拴在墙上的插座上——但这样会抑制机动性;使用汽车和军用无人机使用的内燃机——但这是嘈杂的、污染的,而且只有在特定的尺寸下才有效;核能驱动,但出于安全考虑,仅限于太空机器人;或者携带一个大的电池——但这会降低无人机的重量,而且充电容量非常有限。

氢燃料电池
由protolex构建的商业氢燃料电池

物理标度定律有利于氢燃料电池系统:

在物理学中,物体的各种性质不会线性地扩展。例如,如果要使对象更大,则该物体的质量将增加立方体,而表面区域仅由正方形增加。缩放的特点是为什么蚂蚁可以抬起几次它们自己的重量的物体,而最大的行星上的动物挣扎以提升自己的重量。这种缩放规则也意味着不同的推进技术在不同的尺度上更好地工作。

燃烧发动机在汽车和更大的尺度上最有效。虽然燃烧发动机甚至工作甚至是Hobbyist赛车,但与类似尺度的电动机相比,它们的效率相当宽大。另一方面,虽然电动机更有效,但缩放法律对电池产生负面影响。不仅如此,化学燃料可以在相同的体积和重量上储存比电池更大的能量。

这就是为什么燃料电池为机器人行业带来巨大的承诺。大多数机器人系统都是移动和室内的,并且在比汽车小的鳞片上,意味着燃烧发动机并不理想。电池太重,过于限制,双面机器人和无人机。任何优于电池的技术都会彻底改变使用机器人技术的任何行业。

氢燃料电池如何工作
氢燃料电池如何工作

氢燃料电池如何工作:

大多数低温燃料电池的工作原理是将大气中的氧气与压缩储罐中的氢气结合在一起。O2和H2结合生成水,但反应也以自由电子的形式释放能量。燃料电池捕获这些电子为电力系统提供动力。

虽然燃料电池产生的唯一“污染”是水,但是获得氢本身的过程可能是污染。燃烧发动机采用碳氢化合物燃料,效率低下烧制氢,并释放碳作为污染。有工业过程可以分离两种,因此可以获得用于燃料电池的氢,但碳的封存仍然是一个问题。虽然产业分离仍然污染,但估计燃料电池比相同量的烃燃料的燃烧发动机更有效。虽然燃烧发动机涉及受控爆炸,但燃料电池相对沉默 - 只能听到小空气压缩机的声音。

用于获得氢的最小污染方法是通过电解,具有太阳能或风力,这意味着可再生能量将水转化为O2和H2以储存在储气罐中。这个过程非常慢,只有在利基市场的有效性。

燃料电池有时是开玩笑地称为“过去50年的未来技术”。虽然这项技术已经存在很长一段时间并相当发展,但与其他竞争技术相比,益处比的成本很少有竞争力 - 除了一些利基市场。燃料电池需要昂贵的稀有金属,例如铂金,这显着地推动了成本,因此在最近的研究到最近专注于寻找替代金属和设计来驱动该成本。

hydrocell
基本氢燃料电池操作(来源:能源新闻

汽车工业中的燃料电池:

据估计,20年前,一个足够强大的燃料电池驾驶汽车将花费40万美元 - 比汽车本身更多!今天(2018年),价格约为20,000万美元。虽然仍然昂贵,但这种趋势足以说服大多数汽车制造商创造燃料电池研究部门。行业现在正在大量投资燃料电池技术。

今天,燃料电池的金融活力被鸡肉和蛋问题留回。现代世界拥有巨大的高效化石燃料供应网络,距离燃气站几乎每平方英里都有。迁移到氢经济需要重建整个网络从头开始,这是一个非常昂贵的努力,如果汽车已经在氢气上跑了!这就是机器人在目前可用的机器人提供的电力网络如此伟大的利基市场。

注意:日本和加利福尼亚州的国家通过政府资金来绕过鸡蛋问题,对氢燃料经济性进行了重视。

目前燃料电池的利基市场:

世界各地的叉车现在都在使用燃料电池。叉车常在仓库内使用,仓库内的噪音和废气对员工有工作危害。电池驱动的叉车有很长的充电停机时间。

视频:燃料电池供电叉升降机

燃料电池的另一个独特用途是用于不发达国家的远程监测站。通常小偷会突袭加油站,偷走电池,然后在黑市上转售。一旦安装了燃料电池,小偷就不再有牟利的动机了。

燃料电池的安静性质是对燃烧和喷射发动机的军事行动的益处,而燃料电池的能量/重量比远远优于电池技术。这导致美国海军重大研究超轻重量燃料电池以用于无人机。海军研究实验室的离子虎打破了记录,飞行比过去其他类似尺寸的无人机更长。

免责声明:作者是离子虎燃料电池电力和监测系统的首席工程师

燃料电池在其他军用机器人系统上也有巨大的前景,比如用于“大狗”。“大狗”因其车载内燃机发出的巨大噪音而臭名昭著。

视频:大街,嘈杂的军用机器人使用燃烧引擎

BipeDal机器人或Androids也遭受了极其重量的电池系统。典型的人形形式机器人今天不能在单个电池充电时超过30分钟,使它们几乎无用于大多数现实世界。电池重量大量称重 - 类似于人类为人类的50磅的背包。燃料电池是机器人中所需的电池放置的成熟。

军事机器人
典型电池士兵携带(来源:质子
[与战争机器人,推进需要更多。]

现代美国士兵用技术负载,每个电池供电。军事研究现在专注于减少和结合这些电池的方法,意味着微尺寸的燃料电池是潜在的未来选择。已经为便携式消费电子产品开发了令人难以置信的微小燃料电池,尽管缺乏用于补充的氢网络限制了其有用性。

结论

燃料电池即将走出实验室,并在商业上可行。如今,工业界在这一技术上投入了大量资金,主要的研究都花在了提高成本效益上。燃料电池系统的安静、清洁、高能量密度和低重量使其在机器人系统中具有显著的优势。

关于作者:泰勒威尔士在斧子控制公司过去15年。- 基于北卡罗来纳州的自动化控制设备服务和供应公司。他们专注于新的和过时的驱动器,PLC,HMI和相关控制设备。泰勒在行业内的各种能力工作,包括政府,国防,零售,制造和初创公司。通过访问他们的网站,请向Taylor的文章展示您赞赏Axcontrol.com.

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