中國粉體網(wǎng)訊 很長一段時間，電動交通被認為遙不可及，但如今電動汽車早已進入人們的生活；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)點的電動航空也走到了舞臺中央。
2018年當(dāng)?shù)貢r間8月6日，美國亞利桑那州某地，在人們的注視當(dāng)中，空客的太陽能無人機Zephyr S成功降落，這次降落也將無人機的飛行續(xù)航記錄提升到了25天23小時57分鐘（2022年這個記錄被自己打破）。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能靠太陽能；晚上，Zephyr S完全依靠Amprius的高能量密度硅納米線負極電池驅(qū)動。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。美國波音公司是第一個在民用客機上采用鋰離子電池的飛機廠商，其生產(chǎn)的搭載鋰離子電池的波音787夢想客機在2011年投入運營。自此，鋰離子電池的應(yīng)用成為了航空領(lǐng)域的一個熱點話題。而2016年，空客A350-900搭載著鋰離子電池飛上了藍天，標(biāo)志著鋰離子電池在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用迎來了春天。
航天領(lǐng)域
2004年，美國發(fā)射了兩顆火星探測漫游者，分別是“勇氣號”和“機遇號”。其中“勇氣號”探測器工作了7年，“機遇號”探測器工作時間更是長達15年。這都歸功于太陽能電池板和鋰離子電池為兩顆探測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)進行充放電。由于這兩顆探測器圓滿完成了任務(wù)，美國又相繼發(fā)射了搭載鋰離子電池更大的火星探測器“好奇號”和“洞察號”。
2020年，我國的嫦娥五號成功發(fā)射，進入預(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。
無人機領(lǐng)域
鋰離子電池在無人機領(lǐng)域的應(yīng)用可以追溯到在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中首次亮相的“龍眼”無人機。這種由鋰電池驅(qū)動的無人機重約2.27kg，通過手持發(fā)射，最大飛行高度可達150m，時速超過50km，可以連續(xù)工作1h。這款無人機的優(yōu)秀性能證實了鋰離子電池在無人機領(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力來源且具備垂直起降功能的飛行器，相對傳統(tǒng)飛行器，其具有安全性、智能性、經(jīng)濟性和環(huán)保性的優(yōu)勢顯著�？墒谷撕拓浳镆詿o縫、經(jīng)濟的方式在城市低空快速流動與靈活作業(yè)，能高效開發(fā)城市低空空域資源，有效緩解日益嚴重的城市地面交通擁堵問題，并解決空中物資運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，是一種面向未來城市空中交通（UAM）場景、更符合未來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作為通用平臺并稍作改裝，先用于貨運，作為軍用級、民用級（特別是工業(yè)級）大型垂直起降無人機使用，待經(jīng)歷足夠的技術(shù)積累、知識產(chǎn)權(quán)獲得及使用后的性能改進，達到較好的安全性水平，并取得適航認證，再用于載人運輸。eVTOL在旅游觀光、物流運輸、醫(yī)療急救、消防應(yīng)急等場景投入使用，緊急醫(yī)療服務(wù)（EMS）將會是最先實現(xiàn)的應(yīng)用場景，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)的一個非常好的開端，最后實現(xiàn)空中出租車運營。空中出租車、飛行救護車和貨物運輸可能是未來eVTOL的常態(tài)化用途。
（來源：Supernal）
據(jù)2022年8月的美國垂直飛行協(xié)會（VFS）發(fā)布的最新統(tǒng)計，全球超過700個eVTOL設(shè)計研發(fā)項目，其中235個矢量推進構(gòu)型布局，124個升力+矢量推進構(gòu)型布局，195個多旋翼構(gòu)型布局，103個為懸停自行車和個人飛行器，47個電動旋翼機設(shè)計，涉及全球48個國家的347家公司或創(chuàng)新機構(gòu)。其中，主要分布的國家是美國（124個）、英國（24個）、中國（21個）、德國（19個）和加拿大（17個），占所有設(shè)計實體的近60%。從eVTOL項目的投資金額來看，2021年eVTOL項目的投資總額較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，但焦點依然集中在那些頭部明星企業(yè)上，而這些企業(yè)，無一例外都“背靠大樹”。
這“大樹”中，既有傳統(tǒng)的飛機或汽車制造商，如波音、空客、巴航、豐田、現(xiàn)代、通用等；也有來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（達美、美聯(lián)航、美國航空、日航、維珍、Uber）、機場空港，乃至美國空軍等潛在買家的支持。更有一些通過與主要供應(yīng)商如霍尼韋爾、羅羅等航電、發(fā)動機廠商達成技術(shù)合作、戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系來建立自身的業(yè)界地位。
對于我國而言，無論從技術(shù)能力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模來說，我國在國際領(lǐng)先的新能源汽車行業(yè)為eVTOL的發(fā)展解決了一大難題。近年國內(nèi)也是崛起一批eVTOL企業(yè)，億航、小鵬、峰飛、沃飛、時的等十幾款eVTOL產(chǎn)品面世并試航。幾乎每一家eVTOL創(chuàng)新公司都有來自新能源汽車業(yè)的創(chuàng)業(yè)伙伴，或者與新能源車企達成深度合作，甚至本身就是新能源車企。畢竟在電池動力方面，無論從成本還是可靠性，以及技術(shù)的維度上來說，中國目前的技術(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)近來市場的可見預(yù)期，摩根士丹利根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況和政策配套進度對2040年的全球eVTOL市場規(guī)模進行預(yù)估：技術(shù)發(fā)展最為樂觀，監(jiān)管政策也能夠及時放開的情況下，eVTOL市場規(guī)�？赡苓_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，市場規(guī)模為15000億美元；而最不樂觀的情況，市場規(guī)模也會達到6150億美元。羅蘭·貝格方面也曾發(fā)布相似預(yù)測，“到2050年，全球范圍內(nèi)將有約10萬架eVTOL飛行器在運行，它們將用作空中出租車，機場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)�；�、大眾化應(yīng)用？從上述摩根士丹利觀點來看，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、動力、飛控、航電、通訊、導(dǎo)航及整機結(jié)構(gòu)等，eVTOL由電池為動力系統(tǒng)和機載系統(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，也就是說要想達到100kg約等于60升汽油的同樣能量，需要約4000kg鋰電池。
而對于eVTOL這種需要克服重力作業(yè)的運載工具而言， 是需要對每一克增加的重量斤斤計較的，也就是業(yè)內(nèi)常說的“every gram counts”。不光如此，eVTOL飛行是一系列動作的結(jié)合，起飛、上升、巡航、降落、懸停等階段，不同階段對電池的放電倍率要求也不盡相同，就跟開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、長循環(huán)壽命和高安全性等多個方面的平衡才是問題的關(guān)鍵。
參考資料：
1、飛行邦，《先飛起來的航空電池》
2、張洪，《eVTOL飛行器的發(fā)展態(tài)勢與應(yīng)用場景綜述》、《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，《扎堆沖刺適航認證，市場對eVTOL的信心從何而來》
4、王超君等，《鋰離子電池在民用航空領(lǐng)域中應(yīng)用的進展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
