电动汽车还没玩透 2045年电动飞机就能问世吗?

时间:2017-06-13 11:38来源:互联网 已有 人阅读

导读:专家称2045年电动飞机就能问世,但真的如此吗?若想电动驱动飞机,电池技术必须出现巨大革新。现有的电动汽车则为此带来一丝希望,空气锂电池和固态锂电池技术稳步提升,前景一片乐观。但电池技术进步需要相关公司和科学家共同合作,携手前进。

但凡提及航空业的未来,都免不了说到电动飞机。这种节能环保的电动飞机无疑是空中出租车,在摩天大楼之间穿梭,如同客机沉稳地穿越大洋。毕竟希望出行便捷的现代人们并不青睐化石燃料。

但航空航天公司和新兴企业炒作出来的关于电动飞机的种种概念,都是不切实际的。飞行所需要的能量巨大,而如果真的利用电动驱动,那电池技术得有个极大的飞跃。要不然就像航空专家理查德·阿布拉菲亚(Richard Aboulafia)在审查相关空中飞车项目时说的话“干脆期待奇迹吧。”

电池技术

所以说,电动飞机的关键问题是电池。现有电池技术无法匹配能源—重量比,成本巨大,而且也维持不了多久时间。特斯拉推出的Model S电动车能运行535千米,雪佛兰旗下的Bolt纯电动车能跑300多千米。但这里用到的电动电池技术都不足以支撑最小的飞机飞起来。

既然专家都无奈表示“干脆期待奇迹吧”。那究竟是什么样的奇迹才能拯救电动飞机呢?有生之年能不能看到呢?

前面提及的两大电动车至少给了我们点希望。尽管要花费六位数美元,但特斯拉的Model S小轿车一次充电可行进535千米。而雪佛兰的Bolt EV小型汽车则售价3万美元,能跑383千米。今夏,特斯拉将进一步提升电池电动车性能。同时,训练用的一座或两座无气飞机也很有可能进行起飞实验。而不必冒险在飞机场间进行尝试。

安柏瑞德航空大学的飞行研究中心的负责人理查德·帕特·安德森(Richard Pat Anderson)就说道“关注电动汽车的人,同样关注电动飞机。但这两者需求不同。电动汽车的电池价格应当低廉能被人们接受,电池也应当小巧便捷。但对飞机而言,电池是大是小就不那么重要,也不太介意成本,但关键是重量。”

临界密度

需要降低飞机重量,但又不能以牺牲尺寸或功率为代价,能量密度就成了最大的问题。目前为止,电动电池的比能(指单位质量/体积的器件可提供的能量)是液体燃料的2%。而电动电力系统的效率是内燃机的7%。综上,也就是说同样重量的喷气燃料产生的能量是电动电池的14倍。

尽管电动电池与喷气燃料有着高达14倍的差异。但实际上电动电池一直在不断进步。虽然进步微小,但电池的比能以每年2%-3%的比例提升。每一次重复中,特斯拉都有进步。

另外实际上,电动电池也不需要和液体燃料比单位重量的能量。如果当前的电流密度能够提升至五倍,那就达到1000瓦·小时/千克。美国能源部阿贡重点实验室的交通研究中心的主任唐·希勒布兰德(Don Hillebrand)认为这就足以支持一架小型的商业飞行器。而且他估计到2045年就能达到这一目标了。

1000瓦特·时/千克的能量大约是汽油能量密度的三分之一,但这就够了。目前电池的创新稳定前进,电能传递效率也在提升,那么就有理由期待有朝一日能看到电动飞机在空中翱翔。

造型设计改进

除此以外,还有多种捷径。电动飞机的发展也在改变飞机设计理念。未来的电动飞机肯定不是现在飞机的样子。由于分布式电机和阻力减少,未来可能仅利用400 瓦特·时/千克的能源效率就能飞行。工程师们也会重新设计飞行器以适应电机。但需要指出的是,电动飞行器的进展十年磨一剑,在1000 瓦特·时/千克的电池未问世之前。电动飞机也不会出现。

固态锂电池VS空气锂电池

电动飞机的发展得指望着电池技术,电池技术得要达到1000 瓦特·时/千克。那么,怎么做到呢?最可能的方法是推翻当前的新宠——锂空气电池。锂电池具有强能量密度,但是该技术太不成熟了,还需要几十年才能真正的商业应用。而固态锂电池也是个不错的选择,因为它不易燃,但是没法循环利用。也就是说固态锂电池每次充电和用尽都在耗损寿命。