中國粉體網(wǎng)訊 很長一段時間，電動交通被認(rèn)為遙不可及，但如今電動汽車早已進(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(fù)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(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(dá)15年。這都?xì)w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(jìn)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(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(dá)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。可使人和貨物以無縫、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(yán)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(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(jìn)構(gòu)型布局，124個升力+矢量推進(jìn)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(dá)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(dá)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(dá)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)都非常靠前。
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(jìn)度對2040年的全球eVTOL市場規(guī)模進(jìn)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)模可能達(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，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(dá)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拢男┢款i及障礙在制約其規(guī)模化、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(dá)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(rèn)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(jìn)展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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