28、航天器化学储能与发电系统全解析

航天器化学储能与发电系统全解析

1. 航天器电源系统概述

航天器电源是便携式或远程储能设备的终极需求体现。在航天器电源系统中，储能装置必不可少，它能为各种任务需求提供电力。不同的任务需求决定了储能的类型和级别。在航天应用中，一次电池（不可充电）和二次电池（可充电）都有使用。二次电池通常利用航天器上的光伏阵列进行充电。

燃料电池为航天飞机的主要操作、生命维持系统以及存储舱内的其他设备、仪器和航天器提供电力。燃料电池与一次电池类似，其储存的能量受限于燃料和氧化剂的量。

电池中的电化学电池是储存能量的基本来源。这些电化学电池通过电气、机械和热连接形成电池组。每个电化学电池都是一个独立的装置，能根据电气负载的需求将储存的化学能转化为电能。当负载连接到电池两端时，电池中的一个电极会自发释放电子，而另一个电极则会同时自发接受这些电子。电池内部通过电解质中带电粒子（离子）在两个电极之间的流动来闭合电路。电池中连接的电池单元数量和容量决定了电池的能量和功率能力。

一次电池的反应是不可逆的，因此化学能只能转化为电能一次。而可充电电池的反应是可逆的，通过反向电子流（例如在阳光照射期间来自太阳能电池板），反应可以逆转，将电极的势能差恢复为化学能。电池能够进行数千次充放电循环的能力取决于电池的化学性质。

燃料电池系统（通常简称为“燃料电池”）已用于载人任务，是航天飞机的主要电源。燃料电池系统包括多个像电池中的电池单元一样电气连接的燃料电池，形成燃料电池堆。系统的其他部分包括外部燃料和氧化剂罐、水收集装置以及相关的电气、阀门和管道硬件。

单个电池单元和单个燃料电池的区别在于，前者的化学能存储在每个电池壳体内并转化为电能。而在燃料电池中，化学能以氢