民间配资 电池技术能否引领航空电气化革命？至少10年才能实现商业应用
理论上，电池可以成为实现真正零排放飞行的行业灵丹妙药。电池已经在汽车领域取得了巨大成功，在不到20年的时间里，在多个领域超越了燃油车。
然而，让飞机飞离地面并飞得又快又远，是一项完全不同的挑战。如果你正在期待特斯拉式的典型中型客机，那么你可能需要耐心等待。
目前电池技术提供的能量密度使得除小型、短程电动飞机之外的任何飞机都只能是梦想。然而，正如新兴产业通常的情况一样，人们希望科学进步和工业学习曲线的结合能够不断推动技术的发展。毕竟，从微芯片到电动汽车，许多其他高科技产业都经历过这样的发展历程。
那么，电池行业能否满足这些期望呢？
目前，哪些最具实验性的电池化学成分正在为航空市场开发？
除了轻型、短程飞机和尚未经过验证的新型城市空中交通工具之外，电池真的有可能为其他类型的飞机提供动力吗？
如果我们从化学的角度来看电池，首先会发现，尽管它对加速电动汽车革命起到了重要作用，但当前一代锂离子电池的性能不足以满足新兴的电动航空业的需求。
这并不意味着锂离子化学已经走到尽头。一种有希望提高其性能的方法是用硅阳极代替石墨阳极。
航空业的许多参与者都采用了这种方法，例如 Lilium。2024 年 4 月，这家德国 eVTOL 开发商宣布已开始组装由装有硅阳极的锂离子电池制成的电池组。
同月，另一家押注硅阳极技术的公司 Electric Power Systems (EPS) 推出 了 EPiC 2.0 电池系统，该系统专门为满足航空市场需求而设计。
这家位于犹他州的初创公司获得了包括捷蓝科技风险投资公司在内的投资者支持。该公司利用硅阳极技术提升了早期电池系统的性能，实现了高达330Wh/kg的电芯级能量密度和265Wh/kg的电池组级能量密度。（需要注意的是，在讨论电池能量密度时，有时会给出电池单元级别的数字，有时会给出电池组级别的数字，后者通常比前者低20-30%。）
如果配备新的EPiC 2.0系统，轻型双座电动飞机的潜在飞行时间可以增加30分钟，从60分钟延长至90分钟。这种渐进式的改进听起来可能不算大，但它可能足以满足美国联邦航空管理局（FAA）对第23部分飞机（包括通用航空和训练飞机）设定的能量储备要求。
EPS产品开发副总裁迈克尔·达菲表示：“目前还没有经过FAA认证的电池适用于此类飞机。”（截至2024年6月，唯一经过批量生产的认证电动飞机是Pipistrel Velis Electro，该飞机获得了欧洲当局EASA的认证）。EPS希望通过EPiC 2.0瞄准飞行学校市场，预计该产品将于2025年上市。
据电池专家Richard Wang介绍，现实情况是，采用硅阳极的高功率电池能量密度可达350 Wh/kg左右，而另一项正在开发中的有前景的技术——锂金属电池，能量密度则可达450 Wh/kg左右。
2015年，王先生创立了Cuberg公司，旨在为航空航天业开发锂金属电池。2021年，瑞典电池巨头Northvolt收购了总部位于加州的Cuberg公司（收购金额未公开），并将Cuberg打造成其专注于航空业务的子公司。
王先生于2024年2月离开Cuberg，随后创立了Crevasse Consulting，这是一家为电动汽车开发商提供电池相关咨询的公司。他认为，硅阳极和锂金属电池是未来几年最有可能实现商业化的两项电池技术。
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王先生强调，这两种技术之间存在显著差异，并建议在选择电池技术时需要权衡利弊。硅阳极电池可能更适合快速充电，而锂金属电池则更适合在多次循环中快速放电。
他还指出，硅阳极技术可能具有轻微的发展优势，预计将在2025/26年左右率先投入使用，而锂金属电池则可能要等到2027/28年左右才能商用。
除了探索不同的电池化学之外，电池开发人员还在电池组架构和电池形状等方面进行创新——电池形状指的是构成电池的基本单元。
许多公司在其电池中使用圆柱形电池，包括特斯拉和eVTOL开发商，例如Archer或Vertical Aerospace。然而，一些先进的电池开发商则更青睐大致呈矩形和扁平状的袋式电池。这其中包括前面提到的Cuberg公司，以及总部位于巴塞罗那的初创公司Bold。Bold公司开发了一种名为Bold Air的285 Wh/kg电池组，专为航空航天应用而设计。
Joby Aviation 是 eVTOL 领域的领先企业之一，它也选择在其背包中使用锂离子袋式电池。
王解释道：“圆柱形电池在组装成电池组方面具有优势，但它们的性能在以石墨为主的阳极下实际上达到峰值约为 270 Wh/kg，并且难以集成先进的下一代化学成分，例如以硅为主或锂金属阳极。袋式电池具有更大的能量密度优势，并且更容易制造单个电池，但需要注意的是，它们更难组装成电池组。这主要是因为它们在热失控曲线方面不太可预测，特别是在排出热气体和固体的方式和方向方面。”
王先生指出，当电池堆放得太近时，可能会因制造缺陷或操作失误而过热并起火。密歇根大学首席电池研究员文卡特·维斯瓦纳坦认为，热管理问题又增加了另一个挑战。他解释道：“大部分热量是在充电过程中产生的，这也是 Joby Aviation 开发集成冷却系统的充电器的原因。这有助于控制充电过程中的热量积聚，因此飞机操作员只需关注飞行过程中产生的热量，这相对容易得多。无论谁在充电器标准之争中获胜，都将影响人们对电池组的看法。”
电池单元的制造及其组装通常由不同的公司完成。例如，电力系统公司 (EPS) 与不同电池制造商合作，根据其规格制造电池单元，然后由 EPS 进行组装。
EPS 的迈克尔·达菲表示，该公司位于原始设备制造商 (OEM) 和电池制造商之间，因此能够灵活选择最佳解决方案来满足 OEM 的规格。
EPS 认为，他们对电池化学成分的“无知”反而是一种优势，因为它不会将公司局限于特定的化学成分。而一些其他电池制造商则持相反观点，认为他们最适合优化自己电池的堆叠方式。这促使一些电池制造商试图提升价值链，成为电池组集成商。
行业动态的变化也可能源于电动航空业日趋成熟，并随之而来的是垂直整合度的提高。这种情况在汽车等其他行业早已发生。然而，仅仅设定目标是不够的。
电池制造的工业挑战非常艰巨。在实验室里实现最新的电池化学反应是一回事，但大规模生产要比听起来困难得多，无论是运营方面还是财务方面。
密歇根大学研究人员、世界顶级电池专家之一的文卡特·维斯瓦纳坦解释道：“你需要大量的资金才能进入生产阶段。你还需要进行验证活动。你需要生产比原型阶段多10到20倍的电池单元。如果在工业生产中100美元/千瓦时是可行的，那么在小批量生产中1万美元/千瓦时，那么1兆瓦时的验证活动将花费约1000万美元，而目前电池领域的资金已经几乎枯竭。”
除了硅阳极和锂金属电池之外，还有一些其他潜在的电池化学成分。其中一种是锂硫电池，尽管前景光明，但迄今为止主要局限于学术研究。另一种是铝电池，这是航空航天初创公司Wright Electric正在探索的方向。Wright Electric与美国宇航局（NASA）以及多家研究机构和航空公司合作。
美国能源部也一直在投资一项旨在实现1000 Wh/kg能量密度的电池研究项目。
然而，本文的所有专家都一致认为民间配资，这些技术尚未成熟，即使在最理想的情况下，也可能需要至少十年才能实现真正的商业应用。
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