中國粉體網訊 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，隨著電池技術的革新，有著節能環保、爬升速度更快、噪音更小等諸多優點的電動航空也走到了舞臺中央。
2018年當地時間8月6日，美國亞利桑那州某地，在人們的注視當中，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動。Zephyr S的成功，也讓身為Zephyr S電池供應商的Amprius一戰成名。
（來源：環球網）
鋰電池在航空航天領域中的應用
航空領域
航空領域的電源系統包括主電源、輔助電源、應急電源和二次電源。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，鋰離子電池的應用成為了航空領域的一個熱點話題。而2016年，空客A350-900搭載著鋰離子電池飛上了藍天，標志著鋰離子電池在民用航空領域的應用迎來了春天。
航天領域
2004年，美國發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進行充放電。由于這兩顆探測器圓滿完成了任務，美國又相繼發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射，進入預定軌道并于12月攜帶月球樣品返回地球。這款探月器電源系統的一大重要組成部件就是鋰離子蓄電池組。
無人機領域
鋰離子電池在無人機領域的應用可以追溯到在伊拉克戰爭和阿富汗戰爭中首次亮相的“龍眼”無人機。這種由鋰電池驅動的無人機重約2.27kg，通過手持發射，最大飛行高度可達150m，時速超過50km，可以連續工作1h。這款無人機的優秀性能證實了鋰離子電池在無人機領域里的重要地位。
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，相對傳統飛行器，其具有安全性、智能性、經濟性和環保性的優勢顯著�？墒谷撕拓浳镆詿o縫、經濟的方式在城市低空快速流動與靈活作業，能高效開發城市低空空域資源，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順應了電氣化、綠色化、智能化的發展趨勢，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的飛行器形態，為超大城市、都市圈及城市群創造了新的通勤方式。
（來源：巴西航空工業公司）
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、通訊導航等發展，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（特別是工業級）大型垂直起降無人機使用，待經歷足夠的技術積累、知識產權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、醫療急救、消防應急等場景投入使用，緊急醫療服務（EMS）將會是最先實現的應用場景，消防、搜索救援和空中執法緊隨其后，空中游覽可能是通往載客服務的一個非常好的開端，最后實現空中出租車運營�？罩谐鲎廛�、飛行救護車和貨物運輸可能是未來eVTOL的常態化用途。
（來源：Supernal）
據2022年8月的美國垂直飛行協會（VFS）發布的最新統計，全球超過700個eVTOL設計研發項目，其中235個矢量推進構型布局，124個升力+矢量推進構型布局，195個多旋翼構型布局，103個為懸停自行車和個人飛行器，47個電動旋翼機設計，涉及全球48個國家的347家公司或創新機構。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上，而這些企業，無一例外都“背靠大樹”。
這“大樹”中，既有傳統的飛機或汽車制造商，如波音、空客、巴航、豐田、現代、通用等；也有來自華爾街資本或互聯網科技公司的風投，還有如航空公司（達美、美聯航、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商如霍尼韋爾、羅羅等航電、發動機廠商達成技術合作、戰略合作伙伴關系來建立自身的業界地位。
對于我國而言，無論從技術能力和產業規模來說，我國在國際領先的新能源汽車行業為eVTOL的發展解決了一大難題。近年國內也是崛起一批eVTOL企業，億航、小鵬、峰飛、沃飛、時的等十幾款eVTOL產品面世并試航。幾乎每一家eVTOL創新公司都有來自新能源汽車業的創業伙伴，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，以及技術的維度上來說，中國目前的技術都非常靠前。
鋰電池性能是制約eVTOL發展的關鍵因素
根據近來市場的可見預期，摩根士丹利根據技術發展情況和政策配套進度對2040年的全球eVTOL市場規模進行預估：技術發展最為樂觀，監管政策也能夠及時放開的情況下，eVTOL市場規模可能達到29000億美元；當技術成熟程度和政策配套均為中等水平時，市場規模為15000億美元；而最不樂觀的情況，市場規模也會達到6150億美元。羅蘭·貝格方面也曾發布相似預測，“到2050年，全球范圍內將有約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。“
所以，在eVTOL廣闊的發展潛力之下，哪些瓶頸及障礙在制約其規�；�、大眾化應用？從上述摩根士丹利觀點來看，還是政策和技術兩大方面。
技術上，eVTOL的核心子系統主要包括電池、動力、飛控、航電、通訊、導航及整機結構等，eVTOL由電池為動力系統和機載系統提供能量，電池性能是制約eVTOL發展的關鍵因素。目前，工業化生產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，也就是業內常說的“every gram counts”。不光如此，eVTOL飛行是一系列動作的結合，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、長循環壽命和高安全性等多個方面的平衡才是問題的關鍵。
參考資料：
1、飛行邦，《先飛起來的航空電池》
2、張洪，《eVTOL飛行器的發展態勢與應用場景綜述》、《eVTOL的性能特征、關鍵技術與發展瓶頸探究》
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域中應用的進展》
（中國粉體網編輯整理/長安）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
