中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗(yàn)室，DOE車輛技術(shù)部（VTO），美國國家航空航天局（NASA）格倫研究中心和其他專家致力于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)航空。
在過去的五年里，世界航天業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷一場(chǎng)增長的變革，在鋰離子電池成本下降和性能提高的推動(dòng)下，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)向電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行轉(zhuǎn)變。電力推進(jìn)具有很多有點(diǎn)，其中包括更低的燃料成本和維護(hù)成本，降低噪音和空氣污染以及獨(dú)特的飛機(jī)設(shè)計(jì)。
據(jù)估計(jì)，一種被稱為Urban Air Mobility（UAM）的新型航空服務(wù)系統(tǒng)到2030年將擁有900萬美元的市場(chǎng)，至2041年擴(kuò)大到8000萬美元的市場(chǎng)。
阿貢儲(chǔ)能科學(xué)合作中心（ACCESS）發(fā)表的白皮書概述了加速從空中出租車飛機(jī)到737（適合中短程航線）電力推進(jìn)商業(yè)化的電池需求和研發(fā)需求。（圖片由阿貢國家實(shí)驗(yàn)室提供。）
電氣航空研發(fā)需求聯(lián)合評(píng)估：美國在電池、航空、推動(dòng)力和集成系統(tǒng)方面擁有足夠?qū)I(yè)的知識(shí)，可以為未來100年的航空發(fā)明電源。
然而我們?nèi)绾慰梢栽谖磥韺?shí)現(xiàn)電氣化呢？阿貢儲(chǔ)能科學(xué)合作中心（ACCESS）發(fā)表了一篇具有前瞻性的白皮書，概述了加速推進(jìn)電力商業(yè)化的一系列電池需求和研發(fā)需求，從近期的短程飛機(jī)到長期的737航線。
這本白皮書是2019年12月由美國能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗(yàn)室在兩天的會(huì)議中討論的結(jié)果，致力于了解航空電池的研發(fā)需求。該會(huì)議由DOE汽車技術(shù)部與NASA格倫研究中心召開，吸引了來自航空公司、元件制造商、電池行業(yè)、材料行業(yè)、汽車行業(yè)以及學(xué)術(shù)與實(shí)驗(yàn)室研究人員等近100位專家蒞臨參加。
該白皮書探討了四種飛機(jī)概念：空中出租車（air taxis）、20人通勤飛機(jī)（20-passenger commuter aircrafts）、50人支線客機(jī)（50-passenger regional jets）和150人單通道737級(jí)飛機(jī)（150-passenger, single-aisle 737 class aircraft）。針對(duì)每一種飛機(jī)概念，白皮書都有記錄每一個(gè)研發(fā)領(lǐng)域，DOE和NASA可以幫助推進(jìn)電動(dòng)航空電池的創(chuàng)新。
針對(duì)短程飛機(jī)和通勤飛機(jī)的市場(chǎng)，該文件要求評(píng)估航空條件下的下一代鋰離子化學(xué)物質(zhì)（例如，硅、先進(jìn)的陰極材料，鋰金屬等），并檢查故障模式和安全性。對(duì)于客機(jī)而言，該文件提倡擴(kuò)大固態(tài)電池中的研發(fā)，探索新設(shè)計(jì)、制造方法和高溫操作。對(duì)于737飛機(jī)，該文件建議研究高能系統(tǒng)，包括硫基電池和氫載體，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前正在研發(fā)的系統(tǒng)。
白皮書的主要作者，ACCESS主管Venkat Srinivasan說：“未來10年，我們明顯地看到一場(chǎng)在全球電動(dòng)航空商業(yè)化的競(jìng)賽。電池與航空領(lǐng)域的交流有助建立一種共同的語言，以確保從地面運(yùn)輸電氣化中獲得的深刻知識(shí)能夠加速航空領(lǐng)域的過渡?！?
電動(dòng)航空已經(jīng)在未來5到10年內(nèi)蓄勢(shì)待發(fā)，電動(dòng)汽車電池的創(chuàng)新在電動(dòng)航空領(lǐng)域同樣發(fā)揮著重要作用。然而，這兩種應(yīng)用還是存在差別的，需要專門關(guān)注電池的任務(wù)特定用途及其驅(qū)動(dòng)的獨(dú)特需求，同時(shí)航空特定任務(wù)提供的一些優(yōu)勢(shì)。從長期來看，電動(dòng)航空需要的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前能源部和行業(yè)投資的目標(biāo)，需要為實(shí)現(xiàn)這一未來的最佳方法進(jìn)行思考。
NASA格倫研究中心與工程副部長Ajay Misra說：“白皮書的調(diào)研結(jié)果為政府機(jī)構(gòu)提供了投資戰(zhàn)略框架，在電動(dòng)航空技術(shù)方面已經(jīng)超過了目前在汽車行業(yè)的投資水平。”
下一個(gè)航空時(shí)代，包括波音公司、空中客車公司（Airbus）、勞斯萊斯（Rolls）、GE航空公司、United Technologies、巴西航空（Embraer）以及Bell公司等航空航天公司正在進(jìn)行重大投資。此外，在美國還有很多初創(chuàng)企業(yè)都致力于圍繞電動(dòng)航空的創(chuàng)新。這其中有Uber Elevate，目標(biāo)是到2023年以電氣化為核心原則可以提供價(jià)格合理的共享航班。還有像是戴姆勒、豐田、現(xiàn)代、保時(shí)捷等一些汽車行業(yè)也開始向航空領(lǐng)域發(fā)展。事實(shí)上，現(xiàn)代正在與Uber合作設(shè)計(jì)開發(fā)一款有60英里航程的概念空中機(jī)動(dòng)車輛。
DOE汽車技術(shù)部領(lǐng)導(dǎo)Dave Howell說：“現(xiàn)在用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池的成本、性能和安全性能方面的進(jìn)步，主要是歸功于過去10年能源部研發(fā)的研發(fā)指導(dǎo)?？紤]到該研究的成熟度、多樣性和創(chuàng)新性，能源部期待可以在電動(dòng)航空儲(chǔ)能需求方面取得成功?！?
在12月份的會(huì)議上，阿貢仍然堅(jiān)持推動(dòng)電動(dòng)航空事業(yè)，鼓勵(lì)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者分享各自的想法，有助于共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室在電池和儲(chǔ)能創(chuàng)新上有悠久的歷史。能源和全球安全理事會(huì)（Energy and Global Security director）實(shí)驗(yàn)室副主任Suresh Sunderrajan指出實(shí)驗(yàn)室?guī)椭囯x子電池發(fā)生了歷史性的轉(zhuǎn)變。
在12月的會(huì)議中，Sunderrajan 說：“雖然我們對(duì)電動(dòng)汽車的研究還將繼續(xù)，但我們正在利用現(xiàn)有研究成果向電動(dòng)航空領(lǐng)域發(fā)展?！?
在短期內(nèi)，鋰離子電池可以適用于短程飛機(jī)概念，首次推入市場(chǎng)。隨著電池性能的提高和先進(jìn)的化學(xué)制劑適應(yīng)航空特殊需求，電動(dòng)航空市場(chǎng)將繼續(xù)和擴(kuò)大電氣化。然而，大型支線飛機(jī)和737級(jí)飛機(jī)的電氣化需要新型儲(chǔ)能。因此，在未來10年，我們將看到一場(chǎng)在全球電動(dòng)航空商業(yè)化的競(jìng)賽。
DOE和NASA計(jì)劃在未來組織一場(chǎng)評(píng)估會(huì)議。NASA計(jì)劃能夠研發(fā)出更好地定義飛機(jī)電池需求的方法，并確保制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DOE計(jì)劃在聯(lián)邦基金公告（FOA）和國家實(shí)驗(yàn)室基金中納入對(duì)飛機(jī)的要求。
然后，DOE和NASA將考慮組織一次會(huì)議討論能夠?qū)Υ笮惋w機(jī)提供電力推進(jìn)的非常高能量密度電化學(xué)儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換的方法。DOE和NASA還計(jì)劃組織一次針對(duì)航空電池組標(biāo)準(zhǔn)化并簡化電池或電池組的供應(yīng)鏈的會(huì)議。
白皮書中總結(jié)：美國在電池、航空、推動(dòng)力、集成系統(tǒng)方面方面擁有足夠?qū)I(yè)的知識(shí)，可以為未來100年的航空發(fā)明電源。
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯
2021.11.24
