但凡提及航空業(yè)的未來，都免不了說到電動飛機。這種節(jié)能環(huán)保的電動飛機無疑是空中出租車，在摩天大樓之間穿梭，如同客機沉穩(wěn)地穿越大洋。畢竟希望出行便捷的現(xiàn)代人們并不青睞化石燃料。

 

但航空航天公司和新興企業(yè)炒作出來的關(guān)于電動飛機的種種概念，都是不切實際的。飛行所需要的能量巨大，而如果真的利用電動驅(qū)動，那電池技術(shù)得有個極大的飛躍。要不然就像航空專家理查德·阿布拉菲亞（Richard Aboulafia）在審查相關(guān)空中飛車項目時說的話“干脆期待奇跡吧。”

 

電池技術(shù)

 

所以說，電動飛機的關(guān)鍵問題是電池。現(xiàn)有電池技術(shù)無法匹配能源—重量比，成本巨大，而且也維持不了多久時間。特斯拉推出的Model S電動車能運行535千米，雪佛蘭旗下的Bolt純電動車能跑300多千米。但這里用到的電動電池技術(shù)都不足以支撐最小的飛機飛起來。

 

既然專家都無奈表示“干脆期待奇跡吧”。那究竟是什么樣的奇跡才能拯救電動飛機呢？有生之年能不能看到呢？

 

前面提及的兩大電動車至少給了我們點希望。盡管要花費六位數(shù)美元，但特斯拉的Model S小轎車一次充電可行進535千米。而雪佛蘭的Bolt EV小型汽車則售價3萬美元，能跑383千米。今夏，特斯拉將進一步提升電池電動車性能。同時，訓(xùn)練用的一座或兩座無氣飛機也很有可能進行起飛實驗。而不必冒險在飛機場間進行嘗試。

 

安柏瑞德航空大學(xué)的飛行研究中心的負責(zé)人理查德·帕特·安德森（Richard Pat Anderson）就說道“關(guān)注電動汽車的人，同樣關(guān)注電動飛機。但這兩者需求不同。電動汽車的電池價格應(yīng)當?shù)土鼙蝗藗兘邮埽姵匾矐?yīng)當小巧便捷。但對飛機而言，電池是大是小就不那么重要，也不太介意成本，但關(guān)鍵是重量。”

 

臨界密度

 

需要降低飛機重量，但又不能以犧牲尺寸或功率為代價，能量密度就成了最大的問題。目前為止，電動電池的比能（指單位質(zhì)量/體積的器件可提供的能量）是液體燃料的2%。而電動電力系統(tǒng)的效率是內(nèi)燃機的7%。綜上，也就是說同樣重量的噴氣燃料產(chǎn)生的能量是電動電池的14倍。

 

盡管電動電池與噴氣燃料有著高達14倍的差異。但實際上電動電池一直在不斷進步。雖然進步微小，但電池的比能以每年2%-3%的比例提升。每一次重復(fù)中，特斯拉都有進步。

 

另外實際上，電動電池也不需要和液體燃料比單位重量的能量。如果當前的電流密度能夠提升至五倍，那就達到1000瓦·小時/千克。美國能源部阿貢重點實驗室的交通研究中心的主任唐（參配、圖片、詢價） ·希勒布蘭德（Don Hillebrand）認為這就足以支持一架小型的商業(yè)飛行器。而且他估計到2045年就能達到這一目標了。

 

1000瓦特·時/千克的能量大約是汽油能量密度的三分之一，但這就夠了。目前電池的創(chuàng)新穩(wěn)定前進，電能傳遞效率也在提升，那么就有理由期待有朝一日能看到電動飛機在空中翱翔。

 

造型設(shè)計改進

 

除此以外，還有多種捷徑。電動飛機的發(fā)展也在改變飛機設(shè)計理念。未來的電動飛機肯定不是現(xiàn)在飛機的樣子。由于分布式電機和阻力減少，未來可能僅利用400 瓦特·時/千克的能源效率就能飛行。工程師們也會重新設(shè)計飛行器以適應(yīng)電機。但需要指出的是，電動飛行器的進展十年磨一劍，在1000 瓦特·時/千克的電池未問世之前。電動飛機也不會出現(xiàn)。

 

固態(tài)鋰電池VS空氣鋰電池

 

電動飛機的發(fā)展得指望著電池技術(shù)，電池技術(shù)得要達到1000 瓦特·時/千克。那么，怎么做到呢？最可能的方法是推翻當前的新寵——鋰空氣電池。鋰電池具有強能量密度，但是該技術(shù)太不成熟了，還需要幾十年才能真正的商業(yè)應(yīng)用。而固態(tài)鋰電池也是個不錯的選擇，因為它不易燃，但是沒法循環(huán)利用。也就是說固態(tài)鋰電池每次充電和用盡都在耗損壽命。

 

而研究人員減少“無圈曲線”的進展，促使某些專家將目光轉(zhuǎn)向其他形式的金屬鋰電池。無圈曲線會在電池反復(fù)充電和放電過程中形成，可能會導(dǎo)致短路，從而引起火災(zāi)。阿貢國家重點實驗室的電池專家文卡特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)這樣預(yù)測道“五年之后，該技術(shù)一定會有大的進展。五年前我沒這么樂觀，但現(xiàn)在我非常相信鋰—金屬電池能夠派上用場。”

 

一旦鋰—金屬電池的問題被解決，其他材料如氧和硫也就迎刃而解了。

 

鋰—氧氣電池困難最大，但卡耐基梅隆大學(xué)的Viswanathan和同事認為鋰—氧電池是電動航空的最佳選擇。Viswanathan稱“鋰空氣電池，顧名思義。這個電池能夠達到400 瓦·小時/千克的能量，能夠飛行300到482千米，雖然不能夠讓人穿越海洋，但是足夠好幾個短途來回了。”

 

該電池的關(guān)鍵是氧氣溶解在電池陽極和陰極的電解液中，能夠維持充電和放電環(huán)境下電解液的穩(wěn)定。除此以外，在放電過程中加進系統(tǒng)的氧氣，在充電過程中會被回收再利用。而且目前許多飛行器上都配有了這種電池所需要的純氧，利用起來很方便。

 

但理論和實際應(yīng)用之間隔著鴻溝。該電池需要冷卻，需要固定在一個盒子里，這些都拖了體重和體積的后腿?？茖W(xué)家們需要進一步改善和規(guī)模化。但還需要一段時間。

 

共同合作

 

但難題不僅僅是技術(shù)上的。電池技術(shù)研發(fā)小組分布在秘而不宣的公司企業(yè)和稍微公開點的各大高校。但各個研發(fā)小組之間并無合作。與更為開放的半導(dǎo)體業(yè)相比，電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)之間缺乏社區(qū)努力。他們應(yīng)當向半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)習(xí)。正在創(chuàng)新的科學(xué)家們也應(yīng)當緊密聯(lián)系起來。由市場引導(dǎo)，才能更快地發(fā)展。

 

電氣化不僅僅用于汽車，也用于飛機。各種各樣的技術(shù)會在某一個點上交匯貫通。自動駕駛技術(shù)，電動車，無人機技術(shù)和電動航空，這些技術(shù)彼此支持，共同發(fā)展的速度可能會超人意料。

 

那就靜等2045年會發(fā)生什么吧！