中國粉體網(wǎng)訊 很長一段時(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)航空也走到了舞臺中央,。
2018年當(dāng)?shù)貢r(shí)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(jī)Zephyr S成功降落，這次降落也將無人機(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(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夢想客機(jī)在2011年投入運(yùn)營,。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(jī)遇號”。其中“勇氣號”探測器工作了7年,，“機(jī)遇號”探測器工作時(shí)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(jī)領(lǐng)域
鋰離子電池在無人機(jī)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(jī)。這種由鋰電池驅(qū)動(dòng)的無人機(jī)重約2.27kg,，通過手持發(fā)射,，最大飛行高度可達(dá)150m，時(shí)速超過50km,，可以連續(xù)工作1h,。這款無人機(jī)的優(yōu)秀性能證實(shí)了鋰離子電池在無人機(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(jì)性和環(huán)保性的優(yōu)勢顯著,。可使人和貨物以無縫,、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(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,，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(yùn)，作為軍用級,、民用級（特別是工業(yè)級）大型垂直起降無人機(jī)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(yùn)輸,。eVTOL在旅游觀光,、物流運(yùn)輸、醫(yī)療急救,、消防應(yīng)急等場景投入使用,，緊急醫(yī)療服務(wù)（EMS）將會是最先實(shí)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(gè)非常好的開端，最后實(shí)現(xiàn)空中出租車運(yùn)營,�,？罩谐鲎廛嚒w行救護(hù)車和貨物運(yùn)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(jì),，全球超過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)國家的347家公司或創(chuàng)新機(jī)構(gòu),。其中,，主要分布的國家是美國（124個(gè)）,、英國（24個(gè)）、中國（21個(gè)）,、德國（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),，無一例外都“背靠大樹”。
這“大樹”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(jī)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(dòng)機(jī)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(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(shí)放開的情況下,，eVTOL市場規(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(yùn)行,，它們將用作空中出租車,，機(jī)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)�,；�,、大眾化應(yīng)用？從上述摩根士丹利觀點(diǎn)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(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(yùn)載工具而言,， 是需要對每一克增加的重量斤斤計(jì)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(dòng)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(gè)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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