无人水下航行器（UnpilotedUnderwaterVehicles,UUVs）是一种主要以水面舰船或潜艇为平台，能长时间潜入水下航行，独立完成特定任务的智能化装置。UUVs上装有各种传感器、专用设备甚至武器，是现代海军执行海事任务的必备利器，也是民间用于水下搜救、海底勘察的重要工具。

图丨无人水下航行器(UnpilotedUnderwaterVehicles,UUVs)

年4月，马航客机失事后，美国海军曾动用先进的水下机器人蓝鳍-21，在飞机失事海域搜索黑匣子及其他残骸。这种水下设备能够依靠自身动力连续作业25小时，每天能搜索40平方英里的海底。

图丨执行水下任务的蓝鳍-21

而对水下航行器来说，它的作业环境十分恶劣——海水具有腐蚀性，压力随着深度急剧增加。在海洋深处，航行器需要承受的压力“可以将一辆凯迪拉克轿车压成一个拇指般大小的东西”，再加上长时间的水下潜航，对航行器的动力系统——电池来说，其安全性、续航能力承受着极大的考验。

近日，麻省理工学院的衍生企业OpenWaterPower(OWP)对外宣称已成功开发出一种更安全、更耐用的新型铝-水电池系统，与传统锂离子电池相比，新系统使UUVs的续航能力提高了十倍。而该公司也于今年5月17日已被科技公司L3Technologies收购。

原理——靠“喝”海水发电

大多数UUVs使用的是锂电池，众所周知，锂电池存在几个不可回避的问题：一是容易着火，所以UUVs电池一般不能空运。其次，能量密度有限，这意味每次UUVs的海下作业，都需要伴随昂贵的服务船舶，以便必要时对电池进行充电。此外，电池还需要装在昂贵的金属压力容器中。简而言之，它们的使用寿命短且用起来也不安全。

相比之下，OWP的电力系统显得更安全、更便宜、更持久。它由合金铝形成的阳极、多种元素（主要是镍）合金形成的阴极和位于电极之间的碱性电解质组成。

当配备OWP电力系统的UUVs投入海洋后，电池开始吸入海水，在阴极被分解为氢氧根阴离子和氢气。氢氧根阴离子与铝阳极相互作用，生成氢氧化铝并释放电子。产生的电子再向阴极移动形成循环，由此源源不断地向外界提供电能。该过程产生的废物是氢氧化铝和氢气，均无需作无害化处理即可丢弃。

图丨OWP开发的靠“喝”海水发电的新型铝电池。图片由OpenWaterPower提供

整个系统仅在充满海水时才被激活。一旦铝阳极腐蚀殆尽，更换的成本也非常低。若把这种电池系统看作水下引擎，那么跟陆地上的汽车引擎相比要优越得多。这种引擎“喝”的是海水，排放的是无害的废物；汽车则是吸入空气，排放出大量的有害废气。

新电池方案的敲定过程

说来很巧，OWP的新技术始于该公司共同创始人的一项编外项目，当时正通过MIT的两项教学课程和一个实验室进行改进工作。

年，身为该公司创始人之一的McKay加入由DouglasHart教授讲授的工程系统设计与开发课程。DouglasHart教授是一名资深硬件专家，他是两家公司BrontesTechnologies和LantosTechnologies的联合创始人。而OWP的另一名创始人Milnes此时是Hart的教学助理，他先前是Brontes的一名系统工程师，且是ViztuTechnologies的联合创始人。

图丨OWP公司团队

该课程负责为UUVs开发替代电源。McKay对赌一种能量密集但极具挑战性的元素：铝。

铝电池的一个主要挑战是某些化学问题使得电路中难以产生电子。此外，反应产物氢氧化铝容易粘附到电极表面，抑制反应的进一步进行。此后，McKay又继续学习了由材料科学系教授YangShao-Horn讲授的电化学能源转换和储存课程。随后，McKay设计出富镓的铝合金阳极，成功解决了第一项关于铝电极的电子供应问题，但这种电极腐蚀很快。

Milnes看到铝电池的潜力，也加入了McKay开发新电池的编外项目。两人将研究工作搬到了机械工程系教授EvelynWang的实验室。在那里，他们开始开发能抑制寄生腐蚀和阻止氢氧化铝在阳极形成沉积层的电解质和合金电极。

年，他们在马萨诸塞州萨默维尔的绿城实验室设立了自己的商店，当时的OWP仅有约10名员工，他们进一步完善了该电力系统的设计。今天，该系统用泵使电解质循环起来，从阳极上铲起不需要的氢氧化铝，并将其倾倒在特制的沉淀池中。待饱和后，带有废物的收集池会自动弹出并更换。电解液则能阻止海洋生物在系统内部生长。

OWP的首席科学官McKay也表示，该创业公司的成功取决于麻省理工学院浓郁的创新气氛，他的许多教授都很乐意提供技术和创业意见，并允许他从事课外活动。

图丨OWP的首席科学官McKay

有了这种铝基电力系统，UUVs可以从岸上投放，且不再需要服务船，开辟了新途径，大大降低了使用成本。以石油勘探为例，目前用于探索墨西哥湾的UUVs只能在近海岸操作，仅覆盖几条输油管道。而OWP供电的UUVs可以覆盖数百英里，包含了所的管道，且能在电池耗尽之前返回。

马航坠机事件中，使用了UUVs去搜寻坠入海里的飞机残骸。像这种需要反复下潜与上升的作业任务，需要消耗大量的电力，导致UUVs在水下的有效作业时间非常有限。若替换成新型铝-水电力系统，则能很好胜任这类任务。

这种电力系统有广泛的潜在用途，包括使UUVs下潜更深、水下作业时间更长，探索海底的船舶残骸、进行海底地形测绘等研究。也可用于长期的海上石油勘探以及各种军事用途。

被L3Technologies收购后，OWP现在的目标是强化其电力系统的开发能力，不仅仅是应用在UUVs上，而且还适用于各种海底监控系统、声纳浮标系统和其他海洋研究设备。

OWP目前正在与美国海军合作，为其更换在用的水生传感器的电池，这种声学传感器用于监测敌方潜航的潜水艇。今年夏天，这家创业公司将同RiptideAutonomousSolutions公司(世界上领先的超紧凑无人水下航行器制造商)一道，推出一套试验装置，目的是利用UUVs进行水底勘测。目前，Riptide的UUVs一次大约能航行海里，但该公司希望OWP可以助其将航行距离增加到0海里。