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飞机电气化,宁德时代与商飞成立航空公司

电子工程专辑讯 电动汽车已经来了,电动飞机还会远吗?马斯克曾对电动飞机的潜力进行过探讨,他认为随着电池能量密度的提高,特斯拉有可能在未来几年内推出电动飞机。

电动飞机的出现早在上世纪70年代就有了,在2022年也有一架名为eCaravan的飞机试飞成功,是美国西雅图发动机制造公司MagniX与航空公司AeroTEC协作研发的一款纯电动飞机,不过eCaravan最大载人量是14人,可以连续飞行大约1700公里。不过这架飞机处于停飞研究状态了,这两家公司在合作过程中曾设想过将飞机的四个燃料发动机换成电动机,但最后并没有成功。

不过电动飞机的实现是可行性,真正要实现商用还需要革新性的技术。

日本航空机开发协会的调查显示,10座的电动飞机到2020年代前半期将实现实用化。同时预计50~100座机型要等到2020年代后半期,超过100座的机型则要等到2030年代才能实用化。              

现有蓄电池的能量密度仅为喷气式飞机燃料的约50分之1,输出功率也低。日本航空机开发协会的估算显示,要让美国波音的“737系列”飞机起飞,单纯计算需要约50吨的蓄电池。

近日,宁德时代与中国商用飞机公司联手,成立航空公司。据悉,商飞时代(上海)航空有限公司(以下简称“商飞时代”)于7月19日成立,商飞时代股东包括宁德时代新能源科技股份有限公司、上海交大企业发展集团有限公司以及中国商用飞机有限责任公司(中国商飞)。公司法定代表人为钱仲焱,注册资本6亿元,经营范围含民用航空器零部件设计和生产、民用航空器(发动机、螺旋桨)生产等。

今年4 月19 日的2023 上海车展上,宁德时代发布新一代电池技术——“凝聚态电池”,这被喻为是继麒麟电池之后,又一创新里程碑技术。现宁德时代投资航空公司,或将填补宁德时代乃至锂电行业产品体系中在“天上飞”领域里的空白。

凝聚态电池(Solid-state battery)采用凝胶状电解质,并通过构建微米级别的自适应网状结构,增强微观结构稳定性的同时,提高了电池动力学性能和锂离子运输效率。

凝聚态电池的正负极均可以匹配各种高比能材料,其不受壳体形态限制,但方壳可以体现其优异性能。

凝聚态电池的单体能量密度较高可达500Wh/kg。当下主流的三元锂电池体系中,宁德时代麒麟电池的电芯单体能量密度为350Wh/kg,特斯拉4680电池是300Wh/kg。至于磷酸铁锂电池,比亚迪刀片电池的电芯单体能量密度是160Wh/kg。

不过要实现500Wh/kg需要超高容量的正负极,还有隔膜等材料体系的协同创新,同时也需要进行生产工艺的优化创新。

宁德时代并没有透露更多关于凝聚态电池的细节,不过凝聚态电池很可能就是当年凝胶电池的升级版本。三星手机在当年Galaxy着火事件之后为了提高安全,后期一直采用凝胶聚合物电池,以提高其安全性,不过缺点是快充很差,低温性能也不好。而宁德时代可能沿用了凝胶电池的设计思路,进行在隔膜和生产工艺的进一步优化。

宁德时代首席科学家吴凯曾指出,凝聚态电池是宁德时代在材料和材料体系创新的最新成果,凝聚态电池聚合了包括超高比能正极、新型负极、隔离膜、工艺等一系列创新技术,使之既具有优异的充放电性能,又具备高安全性能。

液态电解液若泄漏,流动的液态电解液可能导致更大范围的短路,产生高压拉弧,导致电池燃烧、爆炸。凝聚态电池连接内部高分子的网状结构则能够自适应调整,保障结构稳定性,热稳定性更好。

特斯拉CEO马斯克曾表示,阻碍载人飞机电动化的首要因素是电池能量密度不够,他认为锂离子电池比肩燃油飞机的能量密度节点是400Wh/kg,并预计5年内实现量产。

凝聚态电池500Wh/kg的能量密度显然足以为宁德时代打开电动飞机的新世界大门。

能量密度是动力电池最核心的技术指标。500Wh/kg还不是凝聚态电池的能量密度上限,随着技术的深入,后续或能达到更高的能量密度。

宁德时代的凝聚态电池作为一种全新的产品,成本也很高,主要是为了航空电池需求研发的,航空电池的需求要求的更多是轻量化和高安全。不过宁德时代指出,汽车不需要这么高的能量密度,针对汽车的需求会适当的调整能量密度,性能还是一致的。

目前针对电动航空时代的开启,大家的看法不一,有部分人认为电动飞机的潜力很大,因为电动机的功率输出与高度无关,电动飞机可以在极高的高度巡航。电机的轻重量几乎不需要维护,轻量的电机能够间接弥补电池存储能量不足。

也有说法是储能技术没有跨越式的发展,电动飞机的未来很大概率是无稽之谈。还有安全隐患、技术迭代、开发成本高昂等问题都值得考量。

或者100%的全电动飞机至少在30年之内是很难大规模应用。电动飞机也有实在的意义,比如绿色航空,低碳环保,易于传输控制能更好的安全飞行,如果真的实现新能源通航手段,就能降低运营成本,不过我国在电动飞机基础研究仍较为薄弱,在通用飞机关键技术和关键零部件上还没有形成自己的研发及生产能力,与欧美等国相比存在较大差距。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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