与许多其他运输领域一样，航空行业也在追求“绿色环保”，减少对传统碳氢化合物燃料的使用。无论人们对这一目标持何种态度，也不管其根本原因是什么，航空行业要实现绿色环保都面临极大的挑战，因为“功率/重量比”对于飞机和火箭来说特别重要，比相对地面或水上运输而言要重要得多。因此，我们看到了许多有关电动飞机的消息，从个人通勤飞机到小型多乘客飞机甚至更大的飞机。
从工程角度来看，存在两个基本问题。首先，假设使用电动机，飞机上如何存储和携带电能？大多数人首先可能会提议电池，但电池的数量是一个很大的挑战。第二个问题是，用来为电池充电的能量从哪来？这个问题留待以后讨论。
从图1到图3可以看出，首先值得关注的是从重量和体积角度来考虑燃料的能量密度。这里有一些图表，但是由于范围和度量单位不同，很难对其进行比较。尽管如此，我们还是能够通过这些图表对高级电池化学、碳氢化合物和氢有一个总体的了解。值得注意的是，氢的密度远超其他。
图1：主要能源燃料之比较。（图片来源：The Geography of Transport Systems）
图2：比较几种裸电池的体积能量密度与重量能量密度。（图片来源：Epec LLC）
图3：比较不同运输燃料的能量密度。（图片来源：U.S. Energy Information Administration）
你可能听说过韩国斗山创新（DMI）公司的氢动力无人机，它使用小型定制燃料罐和专用燃料电池以及Vicor的标准直流转换器（图4）。据称与尺寸和重量相当的电池供电无人机相比，这种商用无人机的飞行时间要高出数倍。
图4：斗山无人机的氢燃料电池电源子系统，其飞行距离和飞行时间远超电池供电的同类设备。（图片来源：Doosan Mobility Innovation）
工程师和工艺专家都知道，设计小型原型机或模型是一回事，制造商用大小的飞机又是另一回事。例如，在电池化学领域中有很多看起来有发展前景的产品设计，却从未成功地从试验工厂进入全面生产，就是因为出现了很多棘手的问题，制造成本也呈指数增长。
将氢作为燃料也可能是这种情况。看起来似乎氢燃料电池比目前最好的锂电池都好，事实上答案并不肯定，因为仅靠燃料能量密度信息不足以证明能源选择的可行，尤其是在更大规模的应用中。燃料存储、原始能源到可用能源的转换、以及为飞机提供能源（可以是电能，但并非必须），这些都还存在问题。
Physics Today杂志最近发表了一篇题为“Hydrogen-powered aircraft may be getting a lift”的文章，讨论了将氢作为“梦寐以求”的高密度燃料所涉及的一系列问题，例如在考虑储罐及其他存储和使用氢相关子系统的重量和尺寸因素之后，其净能量密度的问题。文章还指出，氢能够以两种方式使用：燃烧或用在燃料电池中。
像许多商用客机中使用的喷气发动机一样，现在的燃气涡轮喷气发动机只需一些小小的改动就可以燃烧氢。美国国家航空航天局（NASA）资助了伊利诺伊大学厄本那-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）航空器高效电气技术中心展开相关研究，中心主任Phillip Ansell说：“你甚至可以直接将氢注入当今的发动机中。”
另一种方法是在飞机的燃料电池中使用氢，这种方法已经使用了数十年（想想阿波罗登月计划），无论是技术、燃料电池材料还是它们的管理和输出电能的转换，都取得了重大进展。
氢起初对大型飞机来说似乎很有吸引力，但是如果不仅仅考虑原始燃料本身，而是综合考虑燃料系统以及它们驱动的引擎和发动机等各种因素，碳氢化合物燃料的功率/重量比问题就很难解决。如果由氢和燃料电池为载客飞机（无论是计程飞机还是大型客运飞机）提供动力真的成为现实（这是一个超级大写的“如果”），那么，人们一定想知道需要哪些技术的进步，以及要进步到何种程度。会不会是很多大大小小的技术进步合起来呢？还是会有现在还未知的更大的技术突破？经验告诉我们，可能是其一，也可能两者皆有。
尽管氢作为未来的清洁燃料储量丰富且无处不在，但讽刺的是，提取氢却并非易事。沙特阿拉伯计划建立一座耗资超过50亿美元的制氢厂，白天使用日光、晚上使用风力进行“绿色”生产。建设目前尚未开始，目标是2025年之前制氢厂投入运营，每天生产650吨氢，相比现有最大绿色制氢厂（位于魁北克）的9吨/天，高出大约一个半数量级。
您如何看待在飞机上使用氢、燃料电池和电力推进系统？地面车辆和小型无人机使用氢的经验是否适用，适用到什么程度？或者，氢对于商用飞机而言只不过是“痴人说梦”？
（本文授权编译自EDN美国版，原文参考链接：Is hydrogen the next aircraft fuel?，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2021年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
责编：Jenny Liao
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- 泰克2023新年展望：引领数智化未来，助力本土化创新加速腾 在经历三年疫情的起起落落之后，我们将迎来蓄势待发的2023。在这个充满紧迫感、复杂性、易变性的时代，我们跟客户与合作伙伴要比以往任何时候，都要更加密切、更加无障碍地支持创新。
- ADI太阳能模拟器方案 太阳能模拟器是模拟太阳光谱和光强的一种光源设备，可以在高精度拟合太阳光谱分布的前提下，实现不同的太阳辐照度等条件，满足测试研究对太阳辐照的特殊需求。使用太阳能模拟器能够克服气候多变性所造成的不便，全年24小时在室内对太阳能产品进行测试。
- 车规碳化硅功率模块——衬底和外延篇 谈到800V母线系统，让我们聚焦到其中的核心功率器件碳化硅功率模块，由于碳化硅得天独厚的优势，使得它非常适合用来制造高耐压、高结温、高速的MOSFET，这三高恰好契合了800V母线系统对于核心的功率器件的要求。
- 全面解读瑞萨汽车电子产业战略 瑞萨电子，作为一家全球领先的微控制器、模拟功率器件和SoC产品供应商，最近在全球几乎同步举办的慕尼黑电子展上不仅展出了他们在智能网关和域控制器、ADAS自动驾驶、智能座舱以及微控制器和传感器等方面的产品和解决方案，瑞萨电子全球汽车电子事业本部 副总裁赵明宇先生在华南慕尼黑展期间还阐述了瑞萨的产业战略以及今后对于全球汽车电子市场包括中国市场的一些理解和展望。
- 新的研究可提高钙钛矿/硅串联太阳能电池光吸收转化率 UNIST下属的一个研究小组成功地在一个钙钛矿-硅串联太阳能电池中实现了23.50%的功率转换效率（PEC），这种电池采用了一种特殊的纹理抗反射涂层（ARC）聚合物薄膜。据研究小组称，带有电弧膜的装置的PCE持续了120小时，保持了初始值的91%。
- 如何检测稀土盐？ 新能源电动汽车已经在全球各国发展的如火如荼，在全球双碳战略的推动下，中国、美国、欧洲等均表示要在2035年停售燃油车，这给新能源电动车带来了持续的发展空间，新能源电动汽车中最核心的部分是“能源”，这个“能源”的核心其实就是电池。众所周知，稀土元素不仅仅是目前主流锂电池电极材料制备的重要成分之一，也是铅酸蓄电池或镍氢电池的正极制备原材料。这些材料包括氯化铕 (EuCl3) 、氯化铽 (TbCl3) 和氯化钐 (SmCl3)，尽管这些稀土材料含量较少，但怎样在制造环节确保电池的可靠性，对它们的检测就变得非常重要。
- 太阳能移动电源是噱头吗？ 我刚开始是有点谨慎小心的，因为我觉得在移动电源里放一个太阳能电池的想法不切实际。如各位所知，该表面的电池无法正确有效地为锂离子电池充电，因为功率不够。但是，我被它的价格（43.98波兰兹罗提，约合人民币65元）和内部电池容量（5000mAh）所吸引。
- 替代能源：氢能源的下一步是什么？ 氢气并没有「灵丹妙药」，它应该被视为生态系统的一部分。因此，我们不仅要重新思考如何生产能源，还要重新规划如何运输和储存能源…
- 被央媒评论，华为力推的增程式混动是落后技术吗？ 或许，增程式或者插电式混动技术能够满足当前里程焦虑问题，但待电池技术完全成熟以后新能源电动车市场或将以纯电技术为主流。
- 发挥系统支撑作用开拓碳中和新蓝图，关键技术助推锂电储 储能正在成为实现“碳达峰”、“碳中和”目标的重要抓手，也是稳定电力系统的重要手段，是实现并保障高比例可再生能源的新型电力系统运行的强力支撑。
- 电动汽车和充电桩设计提出哪些新的光耦驱动需求？ 电动汽车内部存在电池管理、空调和牵引逆变器等各种子系统，工作条件不一，对功率器件及其驱动要求不尽相同。同时，充电桩有交/直流之分，充电功率/速度也不相同。这些不同的子系统和电源系统都会广泛使用光耦器，来进行隔离通信、驱动以及反馈。光耦在传统的工业应用中已非常成熟，那么在电动汽车/充电桩这些新兴应用当中，又有怎样的发展趋势和新的性能需求呢？
- 独家：美国电动车充电桩标准与安规解读 电动汽车（EV）有可能统治道路——如果充电站给力的话。在率先采用电动汽车的地区，公用事业机构和政府机关已经采取行动，鼓励司机使用电动汽车替换燃油车。
- “高压锅”除了用来炖肉还能干嘛？ 超高压技术作为一种极端实验环境，是物理学家不断攀登科学高峰的体现。
- 拆解报告：X-STATION HDMI+2A1C+SSD三合一氮化镓玲珑坞 充电头网拿到了X-STATION近期新推出的一款多功能Cyberize玲珑坞，是全球首款集充电器、拓展坞和SSD移动硬盘为
- 拆解报告：雅迪180W石墨烯铅酸电池充电器 本次拆解的是雅迪另外一款智能充电器，这款充电器同样为铅酸电池充电器，采用220V交流输入，标称输出电压为60V，输
- PICO 4 VR一体机拆解 PICO 4 VR一体机还采用了双立体声扬声器，通过声场重构技术和头部运动数据计算音效定位，实现空间音频效果。配
- 康佳智能头盔评测 康佳智能头盔以“传统头盔+智能功能”的组合方式，让用户在得到安全保护的同时，享受到更多智能服务。实际用起
- 李想两万字回应：我们如何造车？ 在造车新势力中，理想汽车的李想也是个异类——身为CEO在微博上高强度冲浪，不时与黑粉激情对线；打造产品时与行
- 全球十大动力电池企业盘点之三：三星SDI 三星SDI的电池板块2022年全年营收约970.2亿元人民币，同比增长60.5%，营业利润约69.2亿元人民币，同比+133.2%，营业
- 拆解报告：一加80W超级闪充充电器 一加推出了一款80W输出功率的超级闪充充电器，这款充电器采用白色直板机身设计，配有固定插脚。支持5V2A或5-11V
- 海尔HB-W003真无线耳机评测 外观设计上，海尔HB-W003的充电盒采用新颖的滑盖设计，比常见的产品在视觉效果上更有辨识度。配置功能上，耳机采
- AWEI用维T29 Pro真无线耳机拆解 此次将要拆解的AWEI用维T29 Pro真无线耳机充电盒配备了RGB炫彩呼吸灯，支持开盖即连，支持快速充电；耳机采用了柄
- 两万字详解自动驾驶路径规划的常用算法 自动驾驶自诞生那天起，其志向便已立下，成为熟知城市每一处道路的“老司机”，成为乘客更安全、更舒适、更高效出
- 76份射频和微波资料汇总分享 今天我们分享一下近期整理的一些射频和微波课程网址分享给大家。
- 类比发布车规级变压器原边控制器IS801Q，进一步完善锂电池管理系统 致力于提供高品质芯片的国内优秀模拟及数模混合芯片设计商上海类比半导体技术有限公司（下称“类比半导体”或
- 类比半导体发布四款生物电势测量模拟前端芯片 致力于提供高品质芯片的国内优秀模拟及数模混合芯片设计商上海类比半导体技术有限公司（下称“类比半导体”或
- 意法半导体STM32U5系列MCU上新，提高物联网和嵌入式应用性能和能效 Ajax Systems已使用 新STM32U5 MCU开发下一代无线安保和智能家居解决方案；新STM32U5系列MCU是首款获得NIST
- Vishay推出采用先进Power DFN系列DFN3820A封装的额定电流高达4 汽车级200 V、400 V和 600 V器件厚度仅为0.88 mm，采用可润湿侧翼封装，改善热性能并提高效率
- 锐成芯微推出基于BCD工艺的三层光罩eFlash IP 成都锐成芯微科技股份有限公司宣布，公司推出基于BCD工艺平台的LogicFlash Pro® eFlash IP产品，其特点是在
- 瑞萨电子推出包括汽车级在内的10款全新成功产品组合 这些经过全面测试的解决方案展示了瑞萨的相关产品组合的强大实力，包含电动汽车充电、汽车仪表盘控制和其它应
- QORVO UWB技术帮助移远通信推出具有更高定位精度和安全性的新一 Qorvo宣布，移远通信基于 Qorvo DW3300Q 平台最新推出支持超宽带连接（UWB）技术的车规级模组 AU30Q，面向新一代汽
- 比科奇在MWC 23上为全球市场带来高性能低功耗的商用5G小基站和 现场展示了近十家中外客户基于PC802 PHY SoC开发的5G/4G小基站系统
- Microchip推出新一代PoE交换机，为户外应用增加先进的网络和安全功 PDS-204GCO是广受欢迎的PDS-104GO的下一代解决方案，易于安装且环保
- Teledyne e2v发布150万像素的统包式光学模组Optimom，用于快速轻松 Teledyne Technologies 集团旗下公司 Teledyne e2v 宣布推出 Optimom™ 系列最新产品 Optimom 1.5M，这一系列
- CEVA宣布推出其迄今功能最强大、效率最高的DSP架构， 满足5G-Advan 全新CEVA-XC20延续了CEVA在数字信号处理器领域的行业领导地位。这款DSP架构采用新颖的矢量多线程计算技术，与
- 瑞萨电子推出业界首款用于动态软件开发且基于云的系统开发工具Qu Quick-Connect Studio使用户能够在硬件设计之前快速构建原型并开发量产级软件，从而缩短设计周期
