中國(guó)粉體網(wǎng)訊 很長(zhǎng)一段時(shí)間，電動(dòng)交通被認(rèn)為遙不可及，但如今電動(dòng)汽車早已進(jìn)入人們的生活；而在天空，隨著電池技術(shù)的革新，有著節(jié)能環(huán)保、爬升速度更快、噪音更小等諸多優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)航空也走到了舞臺(tái)中央。
2018年當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月6日，美國(guó)亞利桑那州某地，在人們的注視當(dāng)中，空客的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)Zephyr S成功降落，這次降落也將無(wú)人機(jī)的飛行續(xù)航記錄提升到了25天23小時(shí)57分鐘（2022年這個(gè)記錄被自己打破）。Zephyr S僅重75公斤，但能攜帶重量5倍于本體的貨物。在白天，Zephyr S能靠太陽(yáng)能；晚上，Zephyr S完全依靠Amprius的高能量密度硅納米線負(fù)極電池驅(qū)動(dòng)。Zephyr S的成功，也讓身為Zephyr S電池供應(yīng)商的Amprius一戰(zhàn)成名。
（來(lái)源：環(huán)球網(wǎng)）
鋰電池在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用
航空領(lǐng)域
航空領(lǐng)域的電源系統(tǒng)包括主電源、輔助電源、應(yīng)急電源和二次電源。美國(guó)波音公司是第一個(gè)在民用客機(jī)上采用鋰離子電池的飛機(jī)廠商，其生產(chǎn)的搭載鋰離子電池的波音787夢(mèng)想客機(jī)在2011年投入運(yùn)營(yíng)。自此，鋰離子電池的應(yīng)用成為了航空領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題。而2016年，空客A350-900搭載著鋰離子電池飛上了藍(lán)天，標(biāo)志著鋰離子電池在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用迎來(lái)了春天。
航天領(lǐng)域
2004年，美國(guó)發(fā)射了兩顆火星探測(cè)漫游者，分別是“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”。其中“勇氣號(hào)”探測(cè)器工作了7年，“機(jī)遇號(hào)”探測(cè)器工作時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)15年。這都?xì)w功于太陽(yáng)能電池板和鋰離子電池為兩顆探測(cè)器提供了足夠的能量，而且具有很好的壽命周期，最重要的是它們可以在很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行充放電。由于這兩顆探測(cè)器圓滿完成了任務(wù)，美國(guó)又相繼發(fā)射了搭載鋰離子電池更大的火星探測(cè)器“好奇號(hào)”和“洞察號(hào)”。
2020年，我國(guó)的嫦娥五號(hào)成功發(fā)射，進(jìn)入預(yù)定軌道并于12月攜帶月球樣品返回地球。這款探月器電源系統(tǒng)的一大重要組成部件就是鋰離子蓄電池組。
無(wú)人機(jī)領(lǐng)域
鋰離子電池在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用可以追溯到在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中首次亮相的“龍眼”無(wú)人機(jī)。這種由鋰電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)人機(jī)重約2.27kg，通過(guò)手持發(fā)射，最大飛行高度可達(dá)150m，時(shí)速超過(guò)50km，可以連續(xù)工作1h。這款無(wú)人機(jī)的優(yōu)秀性能證實(shí)了鋰離子電池在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域里的重要地位。
eVTOL：航空鋰電池的星辰大海
eVTOL是指以電力作為飛行動(dòng)力來(lái)源且具備垂直起降功能的飛行器，相對(duì)傳統(tǒng)飛行器，其具有安全性、智能性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的優(yōu)勢(shì)顯著。可使人和貨物以無(wú)縫、經(jīng)濟(jì)的方式在城市低空快速流動(dòng)與靈活作業(yè)，能高效開(kāi)發(fā)城市低空空域資源，有效緩解日益嚴(yán)重的城市地面交通擁堵問(wèn)題，并解決空中物資運(yùn)輸和交通出行的迫切需求。eVTOL順應(yīng)了電氣化、綠色化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，是一種面向未來(lái)城市空中交通（UAM）場(chǎng)景、更符合未來(lái)城市綜合立體交通系統(tǒng)的飛行器形態(tài)，為超大城市、都市圈及城市群創(chuàng)造了新的通勤方式。
（來(lái)源：巴西航空工業(yè)公司）
作為一種新型的中短途空中交通工具，eVTOL提供了一種頗具未來(lái)感的空中出行方式。隨著人工智能、電池技術(shù)、通訊導(dǎo)航等發(fā)展，人們可將eVTOL作為通用平臺(tái)并稍作改裝，先用于貨運(yùn)，作為軍用級(jí)、民用級(jí)（特別是工業(yè)級(jí)）大型垂直起降無(wú)人機(jī)使用，待經(jīng)歷足夠的技術(shù)積累、知識(shí)產(chǎn)權(quán)獲得及使用后的性能改進(jìn)，達(dá)到較好的安全性水平，并取得適航認(rèn)證，再用于載人運(yùn)輸。eVTOL在旅游觀光、物流運(yùn)輸、醫(yī)療急救、消防應(yīng)急等場(chǎng)景投入使用，緊急醫(yī)療服務(wù)（EMS）將會(huì)是最先實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，消防、搜索救援和空中執(zhí)法緊隨其后，空中游覽可能是通往載客服務(wù)的一個(gè)非常好的開(kāi)端，最后實(shí)現(xiàn)空中出租車運(yùn)營(yíng)�？罩谐鲎廛�、飛行救護(hù)車和貨物運(yùn)輸可能是未來(lái)eVTOL的常態(tài)化用途。
（來(lái)源：Supernal）
據(jù)2022年8月的美國(guó)垂直飛行協(xié)會(huì)（VFS）發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)，全球超過(guò)700個(gè)eVTOL設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目，其中235個(gè)矢量推進(jìn)構(gòu)型布局，124個(gè)升力+矢量推進(jìn)構(gòu)型布局，195個(gè)多旋翼構(gòu)型布局，103個(gè)為懸停自行車和個(gè)人飛行器，47個(gè)電動(dòng)旋翼機(jī)設(shè)計(jì)，涉及全球48個(gè)國(guó)家的347家公司或創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。其中，主要分布的國(guó)家是美國(guó)（124個(gè)）、英國(guó)（24個(gè)）、中國(guó)（21個(gè)）、德國(guó)（19個(gè)）和加拿大（17個(gè)），占所有設(shè)計(jì)實(shí)體的近60%。從eVTOL項(xiàng)目的投資金額來(lái)看，2021年eVTOL項(xiàng)目的投資總額較2020年增加了一倍。
雖然如今全球eVTOL賽道上擠滿了大大小小的玩家，但焦點(diǎn)依然集中在那些頭部明星企業(yè)上，而這些企業(yè)，無(wú)一例外都“背靠大樹(shù)”。
這“大樹(shù)”中，既有傳統(tǒng)的飛機(jī)或汽車制造商，如波音、空客、巴航、豐田、現(xiàn)代、通用等；也有來(lái)自華爾街資本或互聯(lián)網(wǎng)科技公司的風(fēng)投，還有如航空公司（達(dá)美、美聯(lián)航、美國(guó)航空、日航、維珍、Uber）、機(jī)場(chǎng)空港，乃至美國(guó)空軍等潛在買(mǎi)家的支持。更有一些通過(guò)與主要供應(yīng)商如霍尼韋爾、羅羅等航電、發(fā)動(dòng)機(jī)廠商達(dá)成技術(shù)合作、戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系來(lái)建立自身的業(yè)界地位。
對(duì)于我國(guó)而言，無(wú)論從技術(shù)能力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模來(lái)說(shuō)，我國(guó)在國(guó)際領(lǐng)先的新能源汽車行業(yè)為eVTOL的發(fā)展解決了一大難題。近年國(guó)內(nèi)也是崛起一批eVTOL企業(yè)，億航、小鵬、峰飛、沃飛、時(shí)的等十幾款eVTOL產(chǎn)品面世并試航。幾乎每一家eVTOL創(chuàng)新公司都有來(lái)自新能源汽車業(yè)的創(chuàng)業(yè)伙伴，或者與新能源車企達(dá)成深度合作，甚至本身就是新能源車企。畢竟在電池動(dòng)力方面，無(wú)論從成本還是可靠性，以及技術(shù)的維度上來(lái)說(shuō)，中國(guó)目前的技術(shù)都非�？壳�。
鋰電池性能是制約eVTOL發(fā)展的關(guān)鍵因素
根據(jù)近來(lái)市場(chǎng)的可見(jiàn)預(yù)期，摩根士丹利根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況和政策配套進(jìn)度對(duì)2040年的全球eVTOL市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行預(yù)估：技術(shù)發(fā)展最為樂(lè)觀，監(jiān)管政策也能夠及時(shí)放開(kāi)的情況下，eVTOL市場(chǎng)規(guī)�？赡苓_(dá)到29000億美元；當(dāng)技術(shù)成熟程度和政策配套均為中等水平時(shí)，市場(chǎng)規(guī)模為15000億美元；而最不樂(lè)觀的情況，市場(chǎng)規(guī)模也會(huì)達(dá)到6150億美元。羅蘭·貝格方面也曾發(fā)布相似預(yù)測(cè)，“到2050年，全球范圍內(nèi)將有約10萬(wàn)架eVTOL飛行器在運(yùn)行，它們將用作空中出租車，機(jī)場(chǎng)班車和城際航班服務(wù)。“
所以，在eVTOL廣闊的發(fā)展?jié)摿χ�，哪些瓶頸及障礙在制約其規(guī)�；⒋蟊娀瘧�(yīng)用？從上述摩根士丹利觀點(diǎn)來(lái)看，還是政策和技術(shù)兩大方面。
技術(shù)上，eVTOL的核心子系統(tǒng)主要包括電池、動(dòng)力、飛控、航電、通訊、導(dǎo)航及整機(jī)結(jié)構(gòu)等，eVTOL由電池為動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)載系統(tǒng)提供能量，電池性能是制約eVTOL發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池的能量密度普遍在200Wh/kg以下，三元鋰電池的能量密度在200-300Wh/kg之間。然而汽油的能量密度是12000Wh/kg，二者之間有著40倍左右的差距，也就是說(shuō)要想達(dá)到100kg約等于60升汽油的同樣能量，需要約4000kg鋰電池。
而對(duì)于eVTOL這種需要克服重力作業(yè)的運(yùn)載工具而言， 是需要對(duì)每一克增加的重量斤斤計(jì)較的，也就是業(yè)內(nèi)常說(shuō)的“every gram counts”。不光如此，eVTOL飛行是一系列動(dòng)作的結(jié)合，起飛、上升、巡航、降落、懸停等階段，不同階段對(duì)電池的放電倍率要求也不盡相同，就跟開(kāi)車起步和定速巡航的油耗差異很大一樣。如何克服高能量密度、高功率密度、快速充電、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性等多個(gè)方面的平衡才是問(wèn)題的關(guān)鍵。
參考資料：
1、飛行邦，《先飛起來(lái)的航空電池》
2、張洪，《eVTOL飛行器的發(fā)展態(tài)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景綜述》、《eVTOL的性能特征、關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展瓶頸探究》
3、看航空融媒體工作室，《扎堆沖刺適航認(rèn)證，市場(chǎng)對(duì)eVTOL的信心從何而來(lái)》
4、王超君等，《鋰離子電池在民用航空領(lǐng)域中應(yīng)用的進(jìn)展》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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