上周看到了一個相當不尋常的飛行計劃。挪威交通部長及其主要機場運營商Avinor的首席執行官在一架小型雙人飛機上快速繞過奧斯陸機場。不起眼 – 除了Alpha Electro II這架飛機完全由電池供電。

電動飛機的興起標志著航空革命的開始

對于制(zhi)造(zao)Alpha Electro II的(de)(de)(de)斯洛文尼亞(ya)公司(si)Avinor和Pipistrel來說，這(zhe)只是航(hang)空革命的(de)(de)(de)開(kai)始：電動(dong)(dong)飛(fei)(fei)機的(de)(de)(de)興起。挪威的(de)(de)(de)目標是到(dao)2040年使用(yong)電動(dong)(dong)飛(fei)(fei)機進(jin)行所(suo)有短途(tu)飛(fei)(fei)行，持續時間不(bu)(bu)到(dao)1.5小時。它們(men)不(bu)(bu)是唯一(yi)的(de)(de)(de)：空客，波音和勞斯萊斯是投資(zi)研發的(de)(de)(de)公司(si)之一(yi)。原(yuan)則上，電動(dong)(dong)飛(fei)(fei)機具有電動(dong)(dong)汽車(che)的(de)(de)(de)所(suo)有優點(dian)。它們(men)更(geng)安靜，更(geng)高效(xiao)，而(er)(er)且至(zhi)關(guan)重(zhong)要的(de)(de)(de)是，電力可(ke)以在不(bu)(bu)使用(yong)化石(shi)燃料(liao)的(de)(de)(de)情況下重(zhong)新產生。全球航(hang)空目前(qian)占碳排(pai)放量的(de)(de)(de)2.5％，但這(zhe)是一(yi)個非常穩固的(de)(de)(de)2.5％，預計隨著(zhu)未(wei)來20年乘客數量翻倍而(er)(er)增長。航(hang)空業一(yi)直(zhi)在努力直(zhi)接減少化石(shi)燃料(liao)的(de)(de)(de)使用(yong)，并不(bu)(bu)得不(bu)(bu)接受通過植樹來抵消排(pai)放增加(jia)的(de)(de)(de)承(cheng)諾。

電動飛機能否走得太遠？

如果(guo)挪威實(shi)現其目(mu)標，它將擴大該國(guo)在電(dian)(dian)(dian)氣(qi)化(hua)方面(mian)令(ling)人(ren)印(yin)象(xiang)深刻的(de)(de)(de)記(ji)錄; 2017年(nian)銷售的(de)(de)(de)新車中有一半(ban)以(yi)上(shang)是電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)車，政府計劃到(dao)(dao)2025年(nian)停止銷售化(hua)石燃(ran)料動(dong)(dong)(dong)力車。與機(ji)(ji)動(dong)(dong)(dong)車早期試驗涉及電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)和汽(qi)油動(dong)(dong)(dong)力車輛的(de)(de)(de)方式大致相(xiang)(xiang)同(tong)，電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)也有著悠久的(de)(de)(de)歷史。1900年(nian)，電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)汽(qi)車占(zhan)所有汽(qi)車銷量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)三分之一，這(zhe)些(xie)數字現在才(cai)(cai)開始在挪威這(zhe)樣的(de)(de)(de)國(guo)家(jia)進行(xing)匹配。幾架飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)艇是電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)，1883年(nian)的(de)(de)(de)Tissandier兄弟(di)在萊(lai)特兄弟(di)的(de)(de)(de)滑翔機(ji)(ji)降落之前飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)了(le)一個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)船。然(ran)而，電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)是一個(ge)(ge)(ge)非常(chang)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)主張。關(guan)鍵問題(ti)是能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)密度。不(bu)難看(kan)出(chu)為什(shen)么這(zhe)是一個(ge)(ge)(ge)問題(ti)。噴(pen)氣(qi)燃(ran)料的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)密度約(yue)(yue)為43 MJ / kg，即12,000 Wh / kg，幾乎是煤的(de)(de)(de)兩(liang)倍(bei)，是木材的(de)(de)(de)三倍(bei)。相(xiang)(xiang)比(bi)之下，這(zhe)款傳統鉛酸蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)密度約(yue)(yue)為30 Wh / kg。這(zhe)是至(zhi)關(guan)重要的(de)(de)(de)，因(yin)為飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)燃(ran)料的(de)(de)(de)重量(liang)(liang)(liang)(liang)是決定(ding)其范圍(wei)的(de)(de)(de)重要參數。燃(ran)料占(zhan)典(dian)型(xing)長途噴(pen)氣(qi)機(ji)(ji)總重量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)約(yue)(yue)45％，因(yin)此從噴(pen)氣(qi)燃(ran)料轉換為需要400倍(bei)質量(liang)(liang)(liang)(liang)來儲(chu)存相(xiang)(xiang)同(tong)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)是不(bu)切(qie)實(shi)際的(de)(de)(de)。使用更高效的(de)(de)(de)發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)，您可(ke)(ke)以(yi)進一步行(xing)駛(shi) – 但不(bu)足以(yi)彌補燃(ran)油重量(liang)(liang)(liang)(liang)增加(jia)400％。出(chu)于這(zhe)個(ge)(ge)(ge)原(yuan)因(yin)，第(di)一架電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)直(zhi)到(dao)(dao)1973年(nian)首次(ci)發明鎳鎘電(dian)(dian)(dian)池(chi)才(cai)(cai)開始飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing) – 電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)任何未來發展都將與我(wo)們制造具有更高能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)密度的(de)(de)(de)更好電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力密切(qie)相(xiang)(xiang)關(guan)。那次(ci)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)是在1973年(nian)，它持續了(le)八到(dao)(dao)十五分鐘。好的(de)(de)(de)，所以(yi)第(di)一次(ci)萊(lai)特兄弟(di)的(de)(de)(de)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)在不(bu)到(dao)(dao)一分鐘的(de)(de)(de)時間(jian)里(li)(li)就(jiu)結(jie)束了(le)，但那是70年(nian)前的(de)(de)(de)事(shi)。像斯圖加(jia)特大學開發的(de)(de)(de)e-Genius這(zhe)樣的(de)(de)(de)輕型(xing)原(yuan)型(xing)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)現在可(ke)(ke)以(yi)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)幾個(ge)(ge)(ge)小時，或(huo)者距離(li)大約(yue)(yue)400公(gong)里(li)(li)，但只攜帶兩(liang)名機(ji)(ji)組人(ren)員，不(bu)太可(ke)(ke)能(neng)(neng)很快取代(dai)所有短途飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)行(xing)。

挪(nuo)威的(de)(de)(de)(de)電動(dong)飛機電池使用(yong)約120公(gong)斤的(de)(de)(de)(de)特制(zhi)鋰聚(ju)合物電池，其中包含(han)約21kWh的(de)(de)(de)(de)能量。這相(xiang)當于(yu)約175Wh / kg的(de)(de)(de)(de)能量密(mi)度。這比特斯(si)拉 Model S略高，后者(zhe)以157Wh / kg的(de)(de)(de)(de)速度運轉，但(dan)仍(reng)然遠不及噴氣(qi)燃料(liao)。這就(jiu)是電動(dong)汽(qi)(qi)車和電動(dong)飛機與(yu)(yu)(yu)現有(you)(you)電池技術之間的(de)(de)(de)(de)區別(bie)。是的(de)(de)(de)(de)，特斯(si)拉的(de)(de)(de)(de)汽(qi)(qi)車可(ke)能比燃油(you)(you)驅動(dong)的(de)(de)(de)(de)汽(qi)(qi)車稍微(wei)重一些，但(dan)它們的(de)(de)(de)(de)汽(qi)(qi)油(you)(you)范圍(wei)可(ke)與(yu)(yu)(yu)汽(qi)(qi)油(you)(you)車相(xiang)媲美（Model S為(wei)335英(ying)里，平均為(wei)375英(ying)里，加(jia)(jia)油(you)(you)量為(wei)15加(jia)(jia)侖）。電動(dong)飛機的(de)(de)(de)(de)行駛距離幾乎沒有(you)(you)，或者(zhe)幾乎與(yu)(yu)(yu)其燃料(liao)對應(ying)物的(de)(de)(de)(de)重量相(xiang)當 – 并且飛機主要用(yong)于(yu)在很長的(de)(de)(de)(de)距離上運載許多(duo)乘客。挪(nuo)威2040年(nian)的(de)(de)(de)(de)短程航班目(mu)標似乎很樂觀(guan)。

電動飛行需要什么才能實現？

由于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)動機效(xiao)(xiao)率的(de)(de)(de)(de)提高，電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)得到(dao)(dao)了提升 – 它(ta)們(men)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率提高了三倍(bei)，并(bing)且(qie)通過相(xiang)(xiang)同的(de)(de)(de)(de)因(yin)素減少了給(gei)定(ding)性能(neng)所需(xu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)質量。指導阿貢交通運輸研(yan)究中心的(de)(de)(de)(de)Don Hillebrand建(jian)議1,000Wh / kg足(zu)以開始考(kao)慮(lv)(lv)通電(dian)(dian)(dian)(dian)短(duan)途航班。這比現(xian)代技術提高了六倍(bei)。引用(yong)WIRED，他(ta)說，“1,000 Wh / kg的(de)(de)(de)(de)數字大(da)約(yue)相(xiang)(xiang)當于(yu)汽(qi)油能(neng)量密度(du)的(de)(de)(de)(de)三分之(zhi)一，但這已足(zu)夠。按照我們(men)目前的(de)(de)(de)(de)創新步(bu)伐，并(bing)考(kao)慮(lv)(lv)動力系統效(xiao)(xiao)率的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)對差異，我們(men)可(ke)以期待電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)能(neng)夠足(zu)夠好地為(wei)實際用(yong)途的(de)(de)(de)(de)小(xiao)型飛機提供動力。電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)能(neng)量密度(du)目前每年(nian)穩(wen)定(ding)增長(chang)7％至8％，但業內許(xu)(xu)多(duo)人(ren)認為(wei)我們(men)正在接近鋰離(li)(li)(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在理論上可(ke)以達到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)極限(xian) – 這個(ge)限(xian)制很(hen)可(ke)能(neng)在我們(men)達到(dao)(dao)目標之(zhi)前很(hen)久(jiu)就會到(dao)(dao)來。短(duan)途航班的(de)(de)(de)(de)臨(lin)界門(men)檻。鋰離(li)(li)(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)可(ke)能(neng)足(zu)以讓汽(qi)車通電(dian)(dian)(dian)(dian)，但我們(men)使用(yong)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)另一個(ge)改變(bian)，就像(xiang)20世紀70年(nian)代允許(xu)(xu)第一架電(dian)(dian)(dian)(dian)動飛機起飛的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)一樣，將需(xu)要實現(xian)短(duan)距離(li)(li)(li)通電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)夢想航班成(cheng)為(wei)現(xian)實。

不同的電池化學成分始終是活躍的研究領域。

原型鈉離子陰極已經(jing)(jing)證明能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度(du)為(wei)650Wh / kg，鎂離子電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)由于其理論上(shang)更(geng)高的(de)(de)能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度(du)限制（750Wh / kg報道）已經(jing)(jing)研究多年(nian)。從周圍環境氧氣(qi)中吸取一些能(neng)量(liang)的(de)(de)鋰空氣(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)甚至可以達(da)到(dao)(dao)2,000Wh / kg。然而到(dao)(dao)目前為(wei)止，原型在(zai)安全性(xing)，穩(wen)定(ding)性(xing)以及在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)(huan)之前可以承受(shou)的(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)周期(qi)數方(fang)(fang)面都很困(kun)難(nan)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動飛(fei)(fei)機可能(neng)比它們的(de)(de)化石(shi)燃(ran)料對應物(wu)便宜得多，但是否繼續(xu)更(geng)換(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)是否經(jing)(jing)濟(ji)仍有待(dai)觀(guan)察(cha)。由于安全問(wen)題(ti)，當鋰離子電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)飛(fei)(fei)機上(shang)受(shou)到(dao)(dao)限制時(shi)，使用(yong)實驗性(xing)，不安全電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)飛(fei)(fei)機似乎不太可能(neng)很快到(dao)(dao)達(da)天(tian)空。在(zai)未來幾十年(nian)內(nei)，使用(yong)燃(ran)料電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)并利(li)用(yong)更(geng)高能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)天(tian)然氣(qi)的(de)(de)混(hun)合飛(fei)(fei)機可能(neng)是短途(tu)飛(fei)(fei)行的(de)(de)更(geng)環保的(de)(de)替(ti)代方(fang)(fang)案。

盡(jin)管面臨挑戰，電動(dong)(dong)飛機(ji)仍有相當大的希望。許多不同的力(li)量推(tui)動(dong)(dong)了電池技術(shu)的改進，尤(you)其是電動(dong)(dong)汽車和能量存儲，用于將更多可再生能源(yuan)集(ji)成(cheng)到電網上。

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