中国粉体网讯 很长一段时间，电动交通被认为遥不可及，但如今电动汽车早已进入人们的生活；而在天空，随着电池技术的革新，有着节能环保、爬升速度更快、噪音更小等诸多优点的电动航空也走到了舞台中央。
2018年当地时间8月6日，美国亚利桑那州某地，在人们的注视当中，空客的太阳能无人机Zephyr S成功降落，这次降落也将无人机的飞行续航记录提升到了25天23小时57分钟（2022年这个记录被自己打破）。Zephyr S仅重75公斤，但能携带重量5倍于本体的货物。在白天，Zephyr S能靠太阳能；晚上，Zephyr S完全依靠Amprius的高能量密度硅纳米线负极电池驱动。Zephyr S的成功，也让身为Zephyr S电池供应商的Amprius一战成名。
（来源：环球网）
锂电池在航空航天领域中的应用
航空领域
航空领域的电源系统包括主电源、辅助电源、应急电源和二次电源。美国波音公司是第一个在民用客机上采用锂离子电池的飞机厂商，其生产的搭载锂离子电池的波音787梦想客机在2011年投入运营。自此，锂离子电池的应用成为了航空领域的一个热点话题。而2016年，空客A350-900搭载着锂离子电池飞上了蓝天，标志着锂离子电池在民用航空领域的应用迎来了春天。
航天领域
2004年，美国发射了两颗火星探测漫游者，分别是“勇气号”和“机遇号”。其中“勇气号”探测器工作了7年，“机遇号”探测器工作时间更是长达15年。这都归功于太阳能电池板和锂离子电池为两颗探测器提供了足够的能量，而且具有很好的寿命周期，最重要的是它们可以在很宽的温度范围内进行充放电。由于这两颗探测器圆满完成了任务，美国又相继发射了搭载锂离子电池更大的火星探测器“好奇号”和“洞察号”。
2020年，我国的嫦娥五号成功发射，进入预定轨道并于12月携带月球样品返回地球。这款探月器电源系统的一大重要组成部件就是锂离子蓄电池组。
无人机领域
锂离子电池在无人机领域的应用可以追溯到在伊拉克战争和阿富汗战争中首次亮相的“龙眼”无人机。这种由锂电池驱动的无人机重约2.27kg，通过手持发射，最大飞行高度可达150m，时速超过50km，可以连续工作1h。这款无人机的优秀性能证实了锂离子电池在无人机领域里的重要地位。
eVTOL：航空锂电池的星辰大海
eVTOL是指以电力作为飞行动力来源且具备垂直起降功能的飞行器，相对传统飞行器，其具有安全性、智能性、经济性和环保性的优势显著。可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快速流动与灵活作业，能高效开发城市低空空域资源，有效缓解日益严重的城市地面交通拥堵问题，并解决空中物资运输和交通出行的迫切需求。eVTOL顺应了电气化、绿色化、智能化的发展趋势，是一种面向未来城市空中交通（UAM）场景、更符合未来城市综合立体交通系统的飞行器形态，为超大城市、都市圈及城市群创造了新的通勤方式。
（来源：巴西航空工业公司）
作为一种新型的中短途空中交通工具，eVTOL提供了一种颇具未来感的空中出行方式。随着人工智能、电池技术、通讯导航等发展，人们可将eVTOL作为通用平台并稍作改装，先用于货运，作为军用级、民用级（特别是工业级）大型垂直起降无人机使用，待经历足够的技术积累、知识产权获得及使用后的性能改进，达到较好的安全性水平，并取得适航认证，再用于载人运输。eVTOL在旅游观光、物流运输、医疗急救、消防应急等场景投入使用，紧急医疗服务（EMS）将会是最先实现的应用场景，消防、搜索救援和空中执法紧随其后，空中游览可能是通往载客服务的一个非常好的开端，最后实现空中出租车运营。空中出租车、飞行救护车和货物运输可能是未来eVTOL的常态化用途。
（来源：Supernal）
据2022年8月的美国垂直飞行协会（VFS）发布的最新统计，全球超过700个eVTOL设计研发项目，其中235个矢量推进构型布局，124个升力+矢量推进构型布局，195个多旋翼构型布局，103个为悬停自行车和个人飞行器，47个电动旋翼机设计，涉及全球48个国家的347家公司或创新机构。其中，主要分布的国家是美国（124个）、英国（24个）、中国（21个）、德国（19个）和加拿大（17个），占所有设计实体的近60%。从eVTOL项目的投资金额来看，2021年eVTOL项目的投资总额较2020年增加了一倍。
虽然如今全球eVTOL赛道上挤满了大大小小的玩家，但焦点依然集中在那些头部明星企业上，而这些企业，无一例外都“背靠大树”。
这“大树”中，既有传统的飞机或汽车制造商，如波音、空客、巴航、丰田、现代、通用等；也有来自华尔街资本或互联网科技公司的风投，还有如航空公司（达美、美联航、美国航空、日航、维珍、Uber）、机场空港，乃至美国空军等潜在买家的支持。更有一些通过与主要供应商如霍尼韦尔、罗罗等航电、发动机厂商达成技术合作、战略合作伙伴关系来建立自身的业界地位。
对于我国而言，无论从技术能力和产业规模来说，我国在国际领先的新能源汽车行业为eVTOL的发展解决了一大难题。近年国内也是崛起一批eVTOL企业，亿航、小鹏、峰飞、沃飞、时的等十几款eVTOL产品面世并试航。几乎每一家eVTOL创新公司都有来自新能源汽车业的创业伙伴，或者与新能源车企达成深度合作，甚至本身就是新能源车企。毕竟在电池动力方面，无论从成本还是可靠性，以及技术的维度上来说，中国目前的技术都非常靠前。
锂电池性能是制约eVTOL发展的关键因素
根据近来市场的可见预期，摩根士丹利根据技术发展情况和政策配套进度对2040年的全球eVTOL市场规模进行预估：技术发展最为乐观，监管政策也能够及时放开的情况下，eVTOL市场规模可能达到29000亿美元；当技术成熟程度和政策配套均为中等水平时，市场规模为15000亿美元；而最不乐观的情况，市场规模也会达到6150亿美元。罗兰·贝格方面也曾发布相似预测，“到2050年，全球范围内将有约10万架eVTOL飞行器在运行，它们将用作空中出租车，机场班车和城际航班服务。“
所以，在eVTOL广阔的发展潜力之下，哪些瓶颈及障碍在制约其规模化、大众化应用？从上述摩根士丹利观点来看，还是政策和技术两大方面。
技术上，eVTOL的核心子系统主要包括电池、动力、飞控、航电、通讯、导航及整机结构等，eVTOL由电池为动力系统和机载系统提供能量，电池性能是制约eVTOL发展的关键因素。目前，工业化生产的磷酸铁锂电池的能量密度普遍在200Wh/kg以下，三元锂电池的能量密度在200-300Wh/kg之间。然而汽油的能量密度是12000Wh/kg，二者之间有着40倍左右的差距，也就是说要想达到100kg约等于60升汽油的同样能量，需要约4000kg锂电池。
而对于eVTOL这种需要克服重力作业的运载工具而言， 是需要对每一克增加的重量斤斤计较的，也就是业内常说的“every gram counts”。不光如此，eVTOL飞行是一系列动作的结合，起飞、上升、巡航、降落、悬停等阶段，不同阶段对电池的放电倍率要求也不尽相同，就跟开车起步和定速巡航的油耗差异很大一样。如何克服高能量密度、高功率密度、快速充电、长循环寿命和高安全性等多个方面的平衡才是问题的关键。
参考资料：
1、飞行邦，《先飞起来的航空电池》
2、张洪，《eVTOL飞行器的发展态势与应用场景综述》、《eVTOL的性能特征、关键技术与发展瓶颈探究》
3、看航空融媒体工作室，《扎堆冲刺适航认证，市场对eVTOL的信心从何而来》
4、王超君等，《锂离子电池在民用航空领域中应用的进展》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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