同時(shí),鋰電池的技術(shù)進(jìn)步也很緩慢。隨著手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車的應(yīng)用,這 20 年來,工業(yè)用鋰電池得到了不小的改進(jìn)。但從 1991 年到 2011 年,鋰電池的能

同時(shí),鋰電池的技術(shù)進(jìn)步也很緩慢。隨著手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車的應(yīng)用,這 20 年來,工業(yè)用鋰電池得到了不小的改進(jìn)。但從 1991 年到 2011 年,鋰電池的能量密度提升了一倍,達(dá)到了大約 200-300 瓦時(shí)每千克的水平,同時(shí),這種改進(jìn)帶來的增長曲線正在變慢。

空客、貝爾到硅谷創(chuàng)業(yè)公司都說要造電動(dòng)飛機(jī),實(shí)際上它離我們還有多遠(yuǎn)?

按照這個(gè)曲線,即使按照萊特電動(dòng)自己預(yù)期可以滿足最低要求的電池性能,現(xiàn)在的電池能量密度至少需要再提升 50% 到一倍性能指標(biāo)才能達(dá)標(biāo)。以今天的進(jìn)步速度,可能是 20 年甚至更遠(yuǎn)的事。

另外一個(gè)選擇來自燃料電池。理論上來說,燃料電池是一個(gè)非常優(yōu)越的動(dòng)力來源,比如氫燃料電池或是乙醇燃料電池,都可以用常規(guī)的燃料罐來存儲燃料,續(xù)航里程也很長。豐田制造的 Mirai 氫燃料電池車,充滿一罐氫氣的時(shí)間只要幾分鐘,續(xù)航里程可以達(dá)到 700 公里。

但是燃料電池目前不可能在民航飛機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用,一個(gè)原因是燃料電池所需的貴金屬材料比較稀缺,造價(jià)太貴,另一個(gè)是大規(guī)模的燃料電池反應(yīng)堆放在飛機(jī)上不夠安全。

目前上天的電動(dòng)飛機(jī),都不適合大量載人

已經(jīng)有很多原型和試驗(yàn)機(jī)在電力飛機(jī)上做了許多嘗試。

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NASA 和 AeroVironment 合作開發(fā)的太陽神(Helios)太陽能原型機(jī)是最著名的電動(dòng)飛機(jī)之一。這架無人遙控飛機(jī)長度只有 3.6 米,相當(dāng)于一臺奔馳 Smart 微型車,但翼展非常大,超過了 75 米,比翼展 65 米的波音 747 客機(jī)還要寬,看上去就像一根會(huì)飛的尺子。

太陽神的機(jī)翼表面覆蓋了太陽能電池,同時(shí)有鋰電池存儲多余的電力,有 14 具 2 馬力的電動(dòng)引擎驅(qū)動(dòng)飛機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì),這架飛機(jī)可以飛到 30000 米高,同時(shí)續(xù)航可以達(dá)到幾個(gè)月之久。

2001 年,太陽神飛機(jī)試飛成功,飛行高度最高達(dá)到 29524 米,打破了固定翼飛機(jī)的世界紀(jì)錄,并且保持了超過 40 分鐘。相比之下,正常民航飛機(jī)飛行的高度大概是 9000 米左右。在 30000 米這個(gè)高度上,太陽神可以避開所有氣流、陰雨等大氣活動(dòng),實(shí)際上已經(jīng)變成了一臺大氣層中的衛(wèi)星,這也是太陽神的設(shè)計(jì)初衷。

2003 年,太陽神飛機(jī)的改進(jìn)版,動(dòng)力系統(tǒng)更換為氫燃料電池的第二代原型機(jī)在試飛起飛階段因?yàn)闅庀笤蚴陆怏w。

電動(dòng)飛機(jī)當(dāng)然也有可以載人的。2014 年空中客車在法國范堡羅航展上展出了一臺叫做 E-Fan 的雙座小型飛機(jī),這架飛機(jī)由鋰電池電力驅(qū)動(dòng),機(jī)翼后方安裝了兩臺 60 千瓦的電動(dòng)機(jī)用來驅(qū)動(dòng)涵道風(fēng)扇,可以提供 1 小時(shí)的續(xù)航時(shí)間。

E-Fan 在范堡羅航展上的試飛很成功。在空中客車的計(jì)劃中,E-Fan 未來的改進(jìn)型上會(huì)有一些有趣的設(shè)計(jì),比如起落架輪就像汽車一樣是有動(dòng)力的,可以在起飛時(shí)用輪子加速到約 60 公里再利用電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起飛,以節(jié)省電力——不然就需要全程靠螺旋槳煽起的風(fēng)在地面推動(dòng)飛機(jī)到起飛速度,這是最耗能的階段。

空中客車設(shè)計(jì) E-Fan 的長期發(fā)展目標(biāo)是從這架用于訓(xùn)練的兩座鋰電池發(fā)飛機(jī)開始,發(fā)展出續(xù)航更長,四個(gè)座位,換裝煤油燃料電池的輕型飛機(jī),最終目標(biāo)是在 2020 年之后完成一種 90 個(gè)座位,可以投入商業(yè)運(yùn)營的電動(dòng)支線客機(jī)。

但因?yàn)殡妱?dòng)飛機(jī)的相關(guān)進(jìn)展太慢,E-Fan 計(jì)劃在 2017 年 4 月被取消,空中客車轉(zhuǎn)向了傳統(tǒng)引擎加混合動(dòng)力,比如裝著電動(dòng)輪子飛機(jī)的研發(fā)。

還有另外一架電動(dòng)飛機(jī)走得更遠(yuǎn)。

2016 年 7 月,瑞士探險(xiǎn)家貝特朗·皮卡爾和安德烈·波許博格主導(dǎo)的太陽能飛機(jī)項(xiàng)目“陽光動(dòng)力 2 號”(Solarimpulse 2)累計(jì)歷時(shí) 558 小時(shí),分成 17 段航程完成了環(huán)球飛行。

這架飛機(jī)由“陽光動(dòng)力”項(xiàng)目組設(shè)計(jì)制造,翼展 71.9 米,機(jī)翼上安裝了 11628 塊柔性單晶硅太能能電池,總面積 200 平方米。這些電池給總共 86 千瓦時(shí)的鋰離子電池充電,驅(qū)動(dòng)四臺約 7 千瓦的電動(dòng)機(jī)在白天和夜晚不間斷運(yùn)行。

陽光動(dòng)力 2 號 2015 年 3 月 9 號從阿聯(lián)酋阿布扎比出發(fā),歷經(jīng) 13 小時(shí)抵達(dá)安曼的 馬斯喀特,稍作停留之后飛往印度艾哈邁達(dá)巴德。之后的路程途徑印度瓦拉納西、緬甸曼德勒、中國重慶、日本名古屋、美國夏威夷等等地點(diǎn),最終回到阿布扎比。這 17 段航段中大部分航程時(shí)間在 20 個(gè)小時(shí)以內(nèi),但少部分航段的時(shí)間長達(dá)數(shù)天:從南京飛往名古屋歷時(shí) 44 小時(shí),從名古屋飛往夏威夷歷時(shí) 117 小時(shí),從夏威夷飛往加州歷時(shí) 62 小時(shí)。

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這架飛機(jī)之所以分段航行,除了項(xiàng)目本身是希望前往世界各地宣傳清潔能源之外,主要原因是這架飛機(jī)總重只有 2.3 噸,更像一臺動(dòng)力滑翔機(jī),更容易受氣流影響,所以飛行員必須長期保持駕駛狀態(tài)。在橫跨太平洋的 117 小時(shí)飛行中,也就是超過 5 個(gè)日夜的飛行中,飛行員必須以一種駕駛兩個(gè)小時(shí),睡覺 20 分鐘的特殊模式來完成飛行。

換句話說,這架飛機(jī)的動(dòng)力部分足以支持它一直在天上飛,但控制系統(tǒng)不夠完善,飛行員堅(jiān)持不了那么長時(shí)間。

[責(zé)任編輯:趙卓然]

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