隨著戰(zhàn)場(chǎng)感知、目標(biāo)捕獲和通信技術(shù)的進(jìn)步，安裝有大量電器/電子設(shè)備的新型特種武器裝備電力負(fù)荷急劇增加，對(duì)電源提出了更髙的要求但目前各式平臺(tái)的電源所能提供的電力有限，嚴(yán)重制約了用電設(shè)備的使用時(shí)間，雖然通過(guò)換裝大功率發(fā)電機(jī)、增加儲(chǔ)能裝置、加裝輔機(jī)電站等方式，可以提髙車(chē)輛的電能供應(yīng)能力，但是會(huì)占用更多的武器裝備內(nèi)部空間。以車(chē)輛平臺(tái)為例，隨著車(chē)輛電子技術(shù)的發(fā)展和新的特種環(huán)境對(duì)坦克裝甲車(chē)輛特種功能的多樣化需求，使得特種車(chē)輛的車(chē)載用電設(shè)備數(shù)量不斷增多，例如新型控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、光電探測(cè)系統(tǒng)、遙控武器站、電控炮塔、主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)等，從而導(dǎo)致對(duì)車(chē)輛電能供應(yīng)需求的急劇增加。

為適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，各式特種平臺(tái)在某些情況下需要選擇關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī)以降低聲和熱等信號(hào)特征，從而降低被敵方探測(cè)到的概率。這時(shí)就需要由化學(xué)電池、超級(jí)電容器甚至是燃料電池等純電力電源供電，而一般蓄電池電容有限，無(wú)法滿(mǎn)足需求。這就只能依靠輔助電源為其供電，同時(shí)使用輔助電源也能提高平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的燃油效率,還能夠減輕軍方在油料物資運(yùn)輸上的負(fù)擔(dān)和費(fèi)用。

隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的不斷變化，未來(lái)大量高能武器將會(huì)不斷被采用，如電熱化學(xué)炮、電磁炮、高功率微波武器、超寬帶武器等，這些武器將會(huì)使未來(lái)特種平臺(tái)的電能供應(yīng)需求急劇增加，2014年主動(dòng)拒止武器所需功率為0.4MW，2016年激光武器所需功率為2MW，2020年電磁軌道炮所需功率為30MW。從中長(zhǎng)期來(lái)看，為了滿(mǎn)足未來(lái)特種車(chē)輛對(duì)電能供應(yīng)的需求，必須發(fā)展高性能的車(chē)載致密能源。

致密能源是高能量密度電源的簡(jiǎn)稱(chēng)，是針對(duì)微電子技術(shù)迅猛發(fā)展的需求，為了滿(mǎn)足電子產(chǎn)品日趨小型化、微型化和功能化，推動(dòng)電子裝備信息化、智能化、一體化的快速發(fā)展，而提出的一項(xiàng)重要命題。一切具有高能量密度特點(diǎn)的電源都屬于致密能源的范疇，主要包括化學(xué)電源（電池）、超級(jí)電容器、光伏器件或太陽(yáng)能電池等。

電化學(xué)儲(chǔ)能及能量轉(zhuǎn)換技術(shù)是提升儲(chǔ)能電池能量密度的關(guān)鍵目前已投入特種應(yīng)用的新型儲(chǔ)能電池主要包括:鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、飛輪儲(chǔ)能電池、燃料電池和超級(jí)電容器。儲(chǔ)能電池可以用于車(chē)輛、艦船等主戰(zhàn)平臺(tái)的起動(dòng)、照明和點(diǎn)火。在混合電推進(jìn)車(chē)輛中，儲(chǔ)能電池主要回收制動(dòng)能量，在車(chē)輛加速時(shí)與主發(fā)動(dòng)機(jī)一起供給超額的電能。當(dāng)特種車(chē)輛靜默觀(guān)察時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，儲(chǔ)能電池為車(chē)載用電設(shè)備供電。特種車(chē)輛上使用的儲(chǔ)能電池必須滿(mǎn)足以下4個(gè)條件:比能量髙、使用壽命長(zhǎng)、比功率大、成本低廉。

目前鉛酸電池的能量和功率密度較低，在主發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，不能滿(mǎn)足特種車(chē)輛靜默觀(guān)察需求。鎳氫電池具有約兩倍于普通鉛酸電池的能量密度，充一次電車(chē)輛可行駛160200km，且電池質(zhì)量?jī)H為鉛酸電池的1/2,而循環(huán)壽命則約為鉛酸電池的3倍。鋰離子電池是近年來(lái)最熱門(mén)的電池種類(lèi)，受到各國(guó)的高度重視。美國(guó)AHED先進(jìn)混合電驅(qū)動(dòng)8x8技術(shù)演示車(chē)的能量?jī)?chǔ)存裝置為5個(gè)帶有SAFT鋰離子蓄電池的蓄電池組。飛輪儲(chǔ)能電池是利用飛輪儲(chǔ)存和釋放能量的功能制成的一種機(jī)械式蓄電池，功率密度高、充電時(shí)間短、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染。德國(guó)磁電機(jī)公司已研制出一種飛輪儲(chǔ)能電池，飛輪在真空中圍繞著多重電子永磁電機(jī)飛快地旋轉(zhuǎn)。在德國(guó)軍方的支持下，磁電機(jī)公司正在研究將其用在特種車(chē)輛上。燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置。近年來(lái)，國(guó)外一直積極探索燃料電池技術(shù)研究,并已取得一些突破性進(jìn)展。2011年，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)化學(xué)學(xué)院和歐洲特種防務(wù)航天公司的創(chuàng)新中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種新型納米技術(shù)，用于解決燃料電池的儲(chǔ)氫問(wèn)題2013年，美國(guó)能源部下屬的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL)的科學(xué)家設(shè)計(jì)出了一種全新的全固態(tài)鋰硫電池，其能量密度約為目前電子設(shè)備中廣泛使用的鋰離子電池的4倍，且成本更低廉。

儲(chǔ)能電池目前存在的主要問(wèn)題是用于混合電傳動(dòng)車(chē)輛、艦船等大型平臺(tái)的高功率電池組尺寸太大，成本極高，并且安全性和可靠性也有待提髙。儲(chǔ)能電池未來(lái)的主要研究方向包括:儲(chǔ)能電池功率與能量的折中優(yōu)化設(shè)計(jì);儲(chǔ)能電池制造過(guò)程和成本控制；電池單元與系統(tǒng)的安全性與可靠性;系統(tǒng)控制、電池單元與電池組管理系統(tǒng);替代電化學(xué)改進(jìn)方案，包括替代化學(xué)物質(zhì)和電池;JP-8燃料重整和脫硫以用于戰(zhàn)場(chǎng)的燃料電池；與蓄電池和超級(jí)電容器優(yōu)化的燃料電池系統(tǒng)。

超級(jí)電容器是近十幾年隨著材料科學(xué)的突破而出現(xiàn)的新型功率型儲(chǔ)能元件，根據(jù)制造工藝和外形結(jié)構(gòu)可劃分為鈕扣型、卷繞型和大型三種。鈕扣型產(chǎn)品具備小電流、長(zhǎng)時(shí)間放電的特點(diǎn)，可用在小功率電子產(chǎn)品及電動(dòng)玩具產(chǎn)品中。而卷繞型和大型產(chǎn)品則多在需要大電流短時(shí)放電，有記憶存儲(chǔ)功能的電子產(chǎn)品中作為后備電源，適用于帶CPU的智能家電、通信等領(lǐng)域中的存儲(chǔ)備份部件。

超級(jí)電容器兼有電池高比能量和傳統(tǒng)電容器高比功率的優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了電池和傳統(tǒng)電容器的空白，如表1所列。超級(jí)電容器存儲(chǔ)的能量可達(dá)傳統(tǒng)電容器的100倍以上，與傳統(tǒng)電容器相比，超級(jí)電容器的能量密度非常高，容量可達(dá)到數(shù)千法拉，但耐壓較低，受制于電解質(zhì)的分解電壓，漏電流也比較大，容量隨頻率顯著降低，適合用做低頻容性元件。與電池相比，超級(jí)電容器可以在非常高的功率密度下工作，不僅能在需要瞬時(shí)峰值時(shí)提供非常高的功率，還可以在充電時(shí)吸收高功率。電容器比電池組能更充分地利用制動(dòng)能,有非常好的低溫特性，無(wú)需保養(yǎng)，擁有比電池組更長(zhǎng)的壽命周期。目前，超級(jí)電容器還不是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)，但在技術(shù)和成本效益方面具有很高的競(jìng)爭(zhēng)力，是一種很有前途的瞬時(shí)供能裝置。

光電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)原理是利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換為電能，相應(yīng)的產(chǎn)品屬物理電源類(lèi)，又稱(chēng)光伏器件或太陽(yáng)電池。該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)是繼續(xù)提髙光電轉(zhuǎn)換效率和發(fā)展薄膜光伏器件技術(shù)。太陽(yáng)能電池性能主要受成本、效率、可靠性和穩(wěn)定性參數(shù)的影響。硅晶太陽(yáng)能電池的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)做得很好，但是成本高;非晶硅太陽(yáng)能電池雖然成本低，但是非晶硅太陽(yáng)能電池第一次曝光效率就減少10%20%，其穩(wěn)定性未能得到解決;同樣，薄膜太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性問(wèn)題也未能得到解決。在新型太陽(yáng)能電池的研究中，如聚合物太陽(yáng)能電池、有機(jī)物太陽(yáng)能電池、染料感光電池等，都需要解決其穩(wěn)定性問(wèn)題；同時(shí)，所有的太陽(yáng)能電池的效率與理論上的效率有很大的差距，存在著較大發(fā)展空間。

受光電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷革新，近年來(lái)涌現(xiàn)出多種新型太陽(yáng)能電池，同時(shí)傳統(tǒng)硅電池也在不斷創(chuàng)新。光電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)取得的突破與進(jìn)展主要體現(xiàn)在薄膜電池、柔性電池、疊層電池以及新概念太陽(yáng)能電池幾個(gè)方面。電池器件的薄層化有利于縮短光生載流子在器件中的擴(kuò)散距離，降低復(fù)合及湮滅的幾率，使得在吸光程度大致相當(dāng)?shù)那疤嵯绿?yáng)能電池的效率能夠取得進(jìn)一步的提高。薄層化不僅有益于節(jié)約原料和提升效率，還能簡(jiǎn)化器件制備工藝。

未來(lái)致密能源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在：1、鋰離子電池作為新一代可充電電池仍是未來(lái)一段時(shí)間各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn),將全面替代傳統(tǒng)蓄電池;2、高比能量動(dòng)力電池保持快速發(fā)展，將進(jìn)入工程化應(yīng)用階段;3、隨著超級(jí)電容器技術(shù)的逐漸成熟，電磁炮和電磁裝甲將獲得突破性進(jìn)展;4、薄膜太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化逐漸成為發(fā)展主流。

經(jīng)過(guò)伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)的檢驗(yàn)，信息化陸軍特種的優(yōu)勢(shì)已顯露無(wú)遺。目前各國(guó)均在迅速跟進(jìn)，對(duì)本國(guó)軍隊(duì)實(shí)施改造，鋰離子電池也在其中扮演重要的角色。在未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)中，上至各級(jí)指揮所，下至每個(gè)特種，作為信息網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都要使用各種類(lèi)型的信息設(shè)備，因此電源就是必不可少的裝備之一，而電源的能量密度將成為影響特種特種能力的重要因素。鋰離子電池是當(dāng)今質(zhì)量能量密度和體積能量密度最高的蓄電池，能滿(mǎn)足特種裝備高安全性、髙可靠性和高環(huán)境適應(yīng)性的特點(diǎn)要求，各國(guó)都把鋰離子電池作為未來(lái)特種通信設(shè)備電源的首選。在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)軍方使用新研制的BB-2590型鋰離子電池代替BB-390鎘鎳電池，每塊電池大約能工作34.5h，受到了官兵的高度評(píng)價(jià)。此外，鋰離子二次電池作為繼鎳氫電池之后的最新一代可充電電池，以其電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為目前綜合性能最好的電池體系。

對(duì)于未來(lái)坦克裝甲車(chē)輛防護(hù)系統(tǒng)而言，其核心就是電裝甲。這種新概念裝甲不但能大幅提高防護(hù)效能、減輕坦克重量，同時(shí)順應(yīng)了坦克裝甲車(chē)輛電氣化的發(fā)展趨勢(shì)。而電裝甲的投入使用需要依靠坦克裝甲車(chē)輛攜帶的高壓電容器組提供電能，而且需求總量很大。例如，如果要使主動(dòng)電磁裝甲能夠?qū)Ω赌壳疤箍伺谒l(fā)射的穿甲彈，拋出每塊板至少需要1MJ的能量，如果鋼板發(fā)射器的效率為20%，則需要容量為5MJ的電容器組。在目前可實(shí)現(xiàn)的3MJ/立方米的能量密度水平下，該電容器組需占約1.67m3的空間，仍然不能很好地滿(mǎn)足工程化需求。由此可見(jiàn)，提髙電裝甲的能量密度將是該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)，主要涉及可儲(chǔ)能電容器的選取與設(shè)計(jì)。

可儲(chǔ)能電容器的選取和設(shè)計(jì)以提高電容器的工作儲(chǔ)能密度和工作場(chǎng)強(qiáng)、縮小體積為目標(biāo)。就目前反裝甲武器戰(zhàn)斗部而言，一般穿甲彈的穿甲速度為1000m/s，破甲彈的金屬射流破甲速度為2000m/s，未來(lái)即將投入使用的電炮的炮彈速度將達(dá)到3000m/s以上，故而要求電容器在被擊穿以后的微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)放電完畢，也就是要求脈沖電容器放電電流應(yīng)具有比較陡的上升前沿，即陡脈沖放電的能力。為了使可儲(chǔ)能電磁裝甲滿(mǎn)足坦克裝甲車(chē)輛的機(jī)動(dòng)性以及防護(hù)需求，同時(shí)保證可儲(chǔ)能電磁裝甲的可靠性和有效性，電容器的選取和設(shè)計(jì)應(yīng)從電極、浸漬劑、介質(zhì)等幾個(gè)方面來(lái)考慮。