【科技资讯】MTR100海底电池

MTR100是Marine Technology Reporter100的缩写，指海底领域的100位创新者和技术。

目前正在对海底电池进行配置，以满足科学和工业的需求。在这2种需求情况下，目标仍然是提高水下系统的续航能力。

不久前，德国SubCtech公司声称正在建造世界上最大也是唯一一个用于海底石油和天然气应用的锂离子电池——1 MWh、22 t的电池存储系统。随着Kraken Robotics公司最近宣布在已有1.2亿美元的订单上，又获得价值1 600万美元的海底电池订单，这个规模不断扩大的市场的利益也越来越大。

随着母船部署和水下驻留航行器等概念的引入，人们对水下电力基础设施的需求日益增长。Corvus Energy公司首席技术官Lars Ole Valoen博士表示，海底作业电气化有很多优势，这将成为未来有更多电池需求的市场。Corvus公司与Oceaneering公司就Equinor公司几年率先提出的E-ROV概念进行了合作，以减少排放、降低成本并提高操作灵活性。这种自给式、电池供电的ROV可以长时间运行，而无需返回水面。

今年早些时候，Verlume公司的海底电池智能储能系统Halo作为苏格兰海底电力可再生能源项目的一部分进行了部署。该系统使AUV能够多次对接、充电、上传数据和接收新的任务数据，而无需海上干预，并且可以使用可再生波浪、风能、潮汐能或太阳能就地充电。该系统还有可能应用于水下常驻ROV和AUV。

图 1  Verlume的现场常驻AUV充电和通信站已作为苏格兰海底电力可再生能源项目的一部分进行了部署

“该项目中水下常驻AUV充电的成功是一个非常令人兴奋的发展，长期驻留为海上检查（包括在海上风电市场）打开了一些巨大的机会。”Verlume公司首席技术官Paul Slorach说，“我们刚刚开始为海上风电应用建造一个带集成电池的常驻水下航行器对接站。”

Verlume公司的智能能源管理系统Axonn可持续输出可再生能源电力，支持近海脱碳项目，并最大限度地减少近海风力发电的能源损耗。

电源管理系统的进步是关键，但Slorach表示，公司还在不断提高其系统的能量密度。最近，公司采用了新的模块设计，但他也在密切关注电动汽车市场的发展，并探索新的电池化学物质。

A.G.O.环境电子公司的最新项目之一是为水下技术公司Envirex的 SWIFT项目设计一套大型电池组，可在3 000 m的深度提供172 V的电压和21 Ah的容量。该系统是为Aker Solutions公司设计的完全无线自供电工具，用于在海底油井上安装油管悬挂器。

图 2  长金属圆柱体是A.G.O.环境电子公司在SWIFT项目中钻机上的电池组

深海的温度可能接近0゜C，这会大大降低电池的额定性能。由于可用空间有限，因此电池组的总体容量可能受制于承受设计深度所需的压力容器尺寸。A.G.O.公司通过设计装有镍氢（NiMH）电池的钛压力容器来平衡这些挑战。这些电池可充电，使用寿命长，在所有标准非锂电池化学成分中具有最高的体积能量密度。它们还可在近零温度下工作，性能降低极小。

深海公司（DeepSea）表示，其SeaBattery电源模块采用压力补偿设计，可从水面到深至11 000 m的最苛刻应用环境下工作。虽然SeaBattery可用于多种环境，但当可靠性对任务成功至关重要的情况下，它仍会受到青睐。这包括作为潜水钟的应急电源和部署在海面下11 km处的自主研究着陆器，例如五深探险队部署的着陆器。

图 3  DeepSea公司的SeaBattery正在五深探险队的一艘着陆器上使用

SeaBattery电源模块采用吸水玻璃垫铅酸电池，具有抗震和抗冲击的特点。它能在任何方向继续工作，而且由于其化学性质，电池不像锂离子电池那样有运输限制。

图 4  DeepSea公司的SeaBattery电源模块采用压力补偿设计，可在水面深度至 11 000 m的范围内工作

传感器和仪器供应商RBR公司的目标是低功耗，但某些应用仍需要额外的电源。其市场总监Rob Lee说：“我们定期在DMO Wirewalker系统（用于长期部署的波浪动力剖面仪）上部署RBR仪器和水下电池舱。RBR还通过加拿大海洋网络公司将其RBRfermata电池舱和RBRcervata部署扩展器（增加了电池容量和数据存储）部署到深海地震和海啸监测系统中。”

图 5  RBR公司的RBRfermata电池舱和RBRcervata部署扩展器

“我们可以看到短期系泊应用中也需要更多的电源。即使部署时间相对较短，一揽子有源光学传感器也需要补充电源。而且，如果是它处于生物污染区域，那么保持传感器窗口清洁所需的机械雨刷器也是一个考虑因素。”Lee说。

Electrochem Solutions公司生产卤氧化锂电池，这是一种使用锂金属为阳极和兼作电解质的液体为阴极的锂原电池。电池具有较高的能量密度和比能，在某些情况下超过1 120 Wh/L和超过520 Wh/kg，并且具有非常低的自放电率。它们非常适合远程部署到海底的设备（因为在海底没有可供充电的能源），这种设备可移动但不能在水面停留足够长的时间进行充分充电，以及设备将面临长时间闲置的情况。

公司的BCX电池解决方案专为低温性能而设计。研究员兼研发经理 Arden Johnson表示：“我们的BCX电池在0～-55゜C的极低温条件下性能卓越。这种电池含有一种添加剂，可提高电池电压，从而改善低温条件下的启动和放电性能。BCX D电池在-40゜C下放电时，其容量可达同类电池的3倍，因此这些电池的性能非常适合海底、海洋学和北极应用。”

图 6  Electrochem Solutions公司的BCX电池，这是一种使用锂金属为阳极和兼作电解质的液体为阴极的锂原电池

RS Aqua公司的电池最近被安装在SEABER公司的微型ROV YUCO上，重量只有10 kg，长度不到1 m，它在不到8 h的时间内成功穿越英吉利海峡。RS Aqua公司的海洋科学家Nathan Hunt表示，在引入微型AUV之前，在沿海环境中收集科学数据面临着空间覆盖和天气等挑战。在这次39 km测试结束时，微型ROV仍有35%的电池电量剩余。

图 7  RS Aqua公司的电池最近被安装在SEABER公司的微型ROV YUCO上，它在不到8 h的时间内成功穿越了英吉利海峡