从神舟十六号看储能电池的变迁

2023年5月30日9点31分，神舟十六号载人飞船成功升空。时隔半年，中国航天员再次太空相聚！

神舟十六号发射瞬间

按照计划，神舟十六号航天员指令长景海鹏、航天飞行工程师朱杨柱、载荷专家桂海潮将在中国空间站天驻留近六个月，计划于11月返回东风着陆场。神舟十六号飞行任务期间，将迎来2次对接和撤离返回，即神舟十五号载人飞船返回、天舟五号货运飞船的再对接和撤离、以及神舟十七号载人飞船对接。这也将是中国空间站的第二次两个乘组在轨交接。

神舟十六号航天员

中国空间站

和往常一样，神舟十六号的发射一切都如行云流水，非常顺畅。从长征运载火箭、到神舟十六号载人飞船，再到正翘首以盼太空聚会的神舟十五号航天员们。半年前的交接仪式将再次上演。

神舟十四号与神舟十五号航天员太空交接仪式

在这次中国航天事业新征程中，我国在能源电力方面的优势再次为发射任务提供了强大的底层支撑。

先看看火箭的动力。

发射神舟十六号飞船的仍然是长征二号F遥十六运载火箭，它有着“神箭”美誉。也是目前我国唯一一款专门用于载人发射的火箭。从1999年首次发射至今，成功率保持100%。运载火箭能量来自液氧煤油发动机。

此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务，是工程立项实施以来的第29次发射任务，也是长征系列运载火箭的第475次飞行。

“长征二号F”运载火箭全长58.34米，起飞质量497吨。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成。其中四个液体助推器是由液氧煤油发动机组成，每个助推器可以产生120吨级的推力，达到了8.8吨的运载能力。

长征2号火箭结构图

长征二号F能够满足本世纪前30~50年国内外航天市场的需要，但如果你认为这代表了中国的最高水平就大错特错了。但中国智造的水平远不止如此！2021年3月5日，中国自主研制的500吨级液氧煤油火箭发动机，全工况半系统试车取得圆满成功。

500吨级液氧煤油火箭发动机试验

500吨级液氧煤油发动机的最大推力，是现役120吨级发动机的四倍还要多。这将是世界上推力最大的双喷管液氧煤油发动机。涡轮泵转速可以达到每分钟16000转，形成75兆帕的强大压力，每秒钟输送的燃料就多达1.6吨，输出功率高达12万千瓦，相当于一个小型水电站的功率。仅用三秒钟，就可以形成最大推力，这也代表着世界航天动力的最高水平。

运力足够强的火箭，是开展一切航天活动的前提和基础。这是不是意味着，我们已经为登陆月球乃至火星做好了动力准备？

再来看看神舟飞船的能量来源。

神舟十六号的能量主要来自太阳能电池+储能电池。

在进入空间站之前，航天员要待在飞船上几个小时，飞船有单独的太阳能电池以及储能电池系统。与空间站对接后，整个供电系统将组成一个整体。

神舟飞船日常供电主要由太阳电池翼和储能电池构成。太阳电池翼是航天器赖以持续飞翔的翅膀，是航天器的动力来源，其性能与可靠性直接关系着航天器的安全以及是否能顺利完成预定任务。

目前，国内外空间应用的太阳电池翼主电源主要为光电转换效率30%的太阳电池，世界上空间型号应用的最高效率太阳电池电路产品光电转换效率为32%。而中国新一代载人飞船高效砷化镓太阳电池翼，光电转换效率达到34%，目前为国际领先水平。可别小看这2%转换效率的提升，这好比是考试99分的学霸再次提高0.5分，很不容易。

当飞船的太阳翼被遮挡，自身不能发电的情况下，飞船就要靠空间站天和核心舱慷慨解囊，并网供电。神舟十六号载人飞船采用了低压电源系统，作为受电端，它与空间站采用单向并网供电模式。

整个中国空间站采用并网供电系统，主要能源来源为太阳能，供电系统由柔性太阳能电池翼和锂电子蓄电池储能系统构成。天和核心舱的太阳能电池翼发电能力达到18000瓦。单翼面积67 ，双翼合计134 。在没有光照的阴影区，存储了能量的蓄电池负责为整个舱体供电。

神舟十六号与空间站对接成功后，将形成“三大舱段”+“三艘飞船”的组合体，也就是天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟六号货运飞船、神舟十五号、神舟十六号载人飞船同时在轨的、总重超过100吨的空间站组合体。

为了保证整个系统的正常能源供给，中国空间站成员们还组成了和谐灵活的供电大联盟。采用高压电源系统的天和核心舱和天舟六号货运飞船可以实现双向并网供电，其中核心舱可提供最高2000瓦的电力输送力，货运飞船则是1000瓦左右的电力。并网供电系统为航天员提供太空探索的能源保障！

很多锂电爱好者很关心咱们的神舟十六号以及空间站用的什么蓄电池。实际上，航天器上的电池经过几十年的发展，已经有了翻天覆地的变化。

早期航天器使用的蓄电池以镉镍蓄电池为主，这是技术上最成熟也是曾经应用最广泛的航天器蓄电池，它的主要优点是可靠性高和成本低。镉镍蓄电池的主要缺点是重量比能量低，大容量蓄电池制作不易。另外，在镉镍蓄电池制作中，氧化镉的污染不容忽视。随着人们对环保意识逐渐增强，这些缺点让它在航天器上的使用越来越少。

上世纪70年代，科研人员结合氢氧燃料电池技术，研制出了新型氢镍蓄电池。这种电池具有使用寿命长、重量比能量高和放电深度大等优点，但它也有一些缺点，除了自放电比较严重外，还有能量密度偏低的问题。通俗讲，就是同等质量氢镍蓄电池的放电量大，但它占据的体积更大。好在对于大多数航天器而言，发射质量才是最关键的因素，体积大点不是大问题。1983年，国际通信卫星5号首次使用氢镍蓄电池，而近地轨道上首开纪录使用氢镍蓄电池的则是哈勃太空望远镜。目前，氢镍蓄电池仍是航天器采用的主流蓄电池之一。

现在，卫星、飞船使用的最新一代蓄电池为锂电池。得益于电动汽车和智能手机的普及，人们对锂电池并不陌生。这种电池具有重量比能量和体积比能量高、使用寿命长和自放电少等优点。

当然，现在的锂电池也都采用液态的电解质，仍然存在漏液甚至爆炸的危险。尽管航天器中的锂电池做了很多必要的防护，但这种可能性仍然存在。当然，最好是能够使用固态电池。然而，时至今日，固态电池技术尚不成熟，还有诸多技术问题需要解决。也请持续关注本头条号，我们将持续为您提供固态电池方面的资讯，并探讨这些问题的解决方案。

液体锂离子电池和固态锂离子电池结构示意图

回到正题，神舟十六号的成功发射，再次让国人无比振奋。我们也期待中国航天事业日新月异，共同见证祖国的不断强大！

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