電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
在新興的城市空中交通行業，幾乎所有的參與者都聚集在使用全電動飛機的想法上，這種飛機由鋰電池提供動力，為相對較短的距離提供價格合理的空中交通選擇。
但是一些公司持續開發并提倡在垂直起降飛機上使用氫燃料電池，堅持認為氫燃料電池比鋰電池具有先天優點——主要是在能量密度與壽命方面——是更好的選擇。
加州門洛帕克(MenloPark)的一家風險投資公司HyPoint展示了一種氣冷氫燃料電池動力系統，它的能量密度為每公斤530瓦時，每公斤可萌生1000瓦的特定功率。據公司創始人兼首席執行官亞歷克斯?伊萬年科(AlexIvanenko)稱，這些數字遠遠超過了將來10年同等功率輸出的鋰電池的密度，以及豐田Mirai等汽車使用的液冷燃料電池系統的密度。
該公司的下一個版本的產品將達到2000W/kg的特定功率和960Wh/kg的能量密度。目前處于原型階段，HyPoint預計該系統將在2022年初投入探測，并在2023年商業化，價格在每公斤100-500美元(如果批量加工的話)。
HyPoint研發主管謝爾蓋?舒本科夫(SergeyShubenkov)在解析該公司對城市空中交通的貢獻時表示：“航空運輸對(特定功率和功率密度)都有很高的要求。無論是鋰離子電池還是現有的燃料電池系統都不能滿足這兩個要求。我們相信，現有液冷燃料電池的改進將不會讓開發者在短時間內克服這些障礙。液冷動力系統有太多的附加重量。”
“我們發現可以通過改變燃料電池動力系統的設計來滿足航空運輸的兩個需求，”舒本科夫持續說。這個想法是通過壓縮系統內部的空氣來提高空氣冷卻燃料電池的輸出功率。我們將燃料電池置于風道內，在風道內進行加壓、加濕和熱穩定空氣循環……我們將這一發明命名為“渦輪空冷”燃料電池，它將傳統空冷燃料電池的輸出功率提高了2.5倍，而不會增加重量。
依據其說法，HyPoint在今年第一季度做出了將重點放在航空運輸市場的決定，并收到了來自該市場公司的意向書，“確認我們提供了真正的價值，”他說。
將氫作為動力來源的垂直起降飛機研發者并不多。總部位于馬薩諸塞州的Alaka'iTechnology公司或許是最知名的一家，該公司發布了一款六旋翼“Skai”原型機，其巡航速度為118英里每小時，可搭載4名乘客和1名飛行員飛行400英里。網上調查人員認為，加州莫哈韋附近一架身份不明的垂直起降飛機的照片，實際上可能是豐田公司的一個氫動力項目。
優步(Uber)是城市空中交通范疇最著名的參與者之一，也是開創性的《提升(Elevate)》白皮書的作者。它對氫燃料、混合動力和其他可能性進行了廣泛的研究，得出了一個堅強的結論：電池動力是UAM的最佳選擇。優步的8個公開確認的車輛合作伙伴中，沒有一個使用氫作為動力源。
優步(Uber)的航空工程總監馬克·摩爾(MarkMoore)告訴航空電子設備公司(Avionics)：“氫燃料電池比電池提供的能量更高，在需要繼續續航力或行駛里程超過100英里的車輛上。然而，滿足大都市需求的eVTOL飛機只需要10-60英里的航程。與鋰離子電池相比，燃料電池在這些較短的續航里程下，在重量方面并沒有競爭力。”
摩爾補充說，燃料電池的比功率也很低，“無法提供eVTOL飛機所需的輸出功率。”
正如為無人機系統燃料電池產品提供者BallardUnmannedSystems業務發展部門的福里斯?哈林頓(ForrestHarrington)所解釋的那樣，大多數為飛行而制造的燃料電池系統都與在飛行過程中進行充電的電池結合在一起，以達到起飛和著陸的功率要求。
“氫燃料電池本身就像電池一樣有局限性，”哈林頓說。“電池的續航時間有限，目前燃料電池的功率密度略低，這意味著載具的有效載荷有限，尤其是在垂直提升的過程中。當我們觀察固定翼飛機時，它們比多旋翼機有更高效的空氣動力學，消耗更少的能量，這使它們成為燃料電池更理想的候選者。”
如果HyPoint公司的“渦輪空冷”燃料電池能夠達到該公司所宣傳的特定功率，它們可能會克服這一缺點，在垂直提升方面起到更大的作用。
伊萬年科還向航空電子公司解釋說，燃料電池的壽命更長，充電時間更快（以分鐘為單位），與優步(Uber)的預期相比，電池驅動的VTOL在兩次行駛50英里（包括快速充電）后需要半小時才能充電完畢，這將導致燃料電池更高的利用率，大多數UAM倡導者都認為這是提高行業成功率的關鍵。
但是在UAM中使用氫還有一個更大的障礙：基礎設施。在美國，氫燃料并不容易獲得，其供應鏈問題甚至比eVTOLs所面臨的電池問題還要多。此外，將氫氣安全運輸到城市屋頂是一項艱辛的任務。
摩爾說：“氫燃料不容易獲得，需要在機場現場儲存，這對現有的消防法規限制是一個挑戰。優步分解了電池、燃料電池和混合動力eVTOL飛機，顯然，電動電池以最低的重量和成本獲得了最佳性能。”
資本市場仿佛同意優步的結論，至少目前是這樣。NexaCapitalPartners的執行合伙人邁克爾·戴門特(MichaelDyment)說，電力系統“絕大多數”的投資重點是電動或混合動力——這意味著在不得不在飛行中使用化石燃料發電；而氫燃料電池很有希望，目前仍是“指日可待”的技術。
氫燃料電池將來可能會在客運和貨運垂直升降飛機中得到使用，特別是在城市外的長途運輸中。燃料電池也不依靠于制造鋰電池所需的稀土金屬，在寒冷環境下的表現也分明優于鋰電池。
鋰離子電池和燃料電池可能在航空航天范疇擁有各自較為經濟的使用，類似于它們在地面運輸各范疇中的不斷發展。但就目前而言，用于城市空中交通的新一代垂直起降(VTOL)飛機很可能是全電動的，由充電電池供電。
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