在新完成装修的欣旺达动力深圳光明基地展厅,“C位”是一架eVTOL(电动垂直起降航空器),越来越多的电池厂商正在追的“风”。
航空动力电池作为低空飞行器的“心脏”,其性能直接决定了行业发展的高度。行业普遍认为,航空动力电池能量密度一般需要达到300Wh/kg以上,而eVTOL真正大规模商业化应用更是要求航空动力电池能量密度达到400Wh/kg以上。
今年5月,欣旺达动力发布了“欣·云霄2.0”航空动力电池,创新“软固态”技术,实现性能与安全兼备,能量密度达360Wh/kg,距离400Wh/kg仅一步之遥,而其前代产品“欣·云霄1.0”(320Wh/kg)已量产并完成载重百公斤级的飞行器零下30℃环境下的搭载验证,续航里程达到百公里水平。
受访者 供图
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如何才能拿到空中赛道的入场券?欣旺达动力中央研究院院长徐中领近日接受南方+记者专访时介绍,欣旺达动力正预研400Wh/kg固态技术,以迎接2030年的低空经济市场爆发期。
振翅高飞还有多少“槛”?
在徐中领看来,电池厂商入局低空经济,必须跨越“三道关卡”,首先是能量密度,这决定了低空飞行器能飞多远、载多少重。
目前,车用电池能量密度普遍小于300Wh/kg,“新能源汽车的能量密度其实是一个很大范畴,从磷酸铁锂的180Wh/kg,到三元电池的280Wh/kg,都照样能‘上车’。”徐中领说。
受访者 供图
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而航空动力电池在性能指标上更为严苛。在相同能量情况下,电池重量减少一公斤,续航时间就可能会增加3~5分钟,或者在同等航程下,可以增加一公斤载重量,“减重”带来的经济效益非常明显。
其次是输出功率,这决定了飞行器能不能飞起来、能否应对复杂飞行工况。一般来说,飞行器工作循环包含3-8C倍率的起降阶段、0.5-2C倍率的巡航阶段。而新能源汽车一般仅需0.1C-0.5C左右的放电倍率。
“如果功率达不到,飞行器就难以完成飞行任务,或者飞不起来,或者被气流吹离航线。”徐中领说,新能源汽车短时大倍率脉冲一般不会超出1秒钟,而飞行器则要求电池具备持续大功率输出能力。
再次,是高安全性,电池要满足极端条件,比如在15米高处跌落,电池不失效、不起火;即使出现电池故障也要保证飞行器不发生空中停车;必须始终保持至少20%的安全冗余电量,以应对可能会遇到的突发情况,比如气流、雨雪天气等。
对固态电池寄予厚望
通常来说,理想的航空动力电池需要高能量密度、高充放电倍率、高安全性兼备——这也被称为航空动力电池的“不可达三角”:
高比能电极材料、高载量电极、轻量化技术等高比能设计往往伴随着安全性的降低、倍率性能的恶化和电池寿命的缩减;而高动力学材料和高功率电极设计则影响电池的安全可靠性和能量密度;为了提升安全性而采用的高稳定性材料和安全技术又影响电池的动力学性能和能量密度。
受访者 供图
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可以说,各技术元素相互制约,难以同时兼顾。正因如此,低空领域长期缺乏专业的动力解决方案。
面对这样的挑战,欣旺达将传统电池的高比能高功率技术与固态电池的高安全技术相结合,创新“软固态”技术,使得电池在具备高比能高功率的同时,不影响安全性。
对于固态电池在航空动力电池领域的应用前景,徐中领预判固态电池占比会越来越大,预计到2030年前后,半固态电池预计占到2/3,液态电池占比约在25%左右,而全固态电池占比预计在10%左右。尽管全固态电池能量密度高安全性好,但成本将成为其大规模应用的限制因素,因此预计初期将以高端或有特殊应用领域为主。
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徐中领认为,虽然目前动力电池行业已初步具备全固态电池试制能力,但仅能满足研发制样要求,距离真正量产还有较大距离。他判断,从时间上看,固态电池的商用,还需要技术突破和产业链逐步成熟,可能至少还要3-5年时间。
可复制新能源车路径
尽管航空动力电池面临一系列挑战,但在徐中领看来,低空经济也将走出一条与新能源汽车产业发展极为相似的路径。
2009年前后,我国推出新能源汽车“十城千辆工程”,到2018年年产销量过百万辆,中国新能源汽车用时近10年;再到2022年的年产销量过500万辆,用时约4年。如今,新能源汽车渗透率已经超过50%。
参考新能源汽车产业的发展,徐中领说,飞行器当前处在导入阶段,相当于新能源汽车在2010年到2012年左右的起步水平,处于政策引导阶段,以技术验证和小范围示范运营为主;预计到2027年左右进入成长期,届时电池等关键技术会取得较大突破,推动飞行器市场进一步扩大,逐渐实现市场化运营;到2030年左右,随着技术进一步提高、法律法规进一步完善、应用场景进一步拓展,飞行器的发展将进入爆发期。
徐中领说,新兴行业起步时都普遍面临基础设施不足的问题,就像新能源汽车发展初期面临充电桩不足问题一样,低空经济也将面临垂直起降机场、空中管理指挥系统跟不上等难题。
两者也有不少不同点,有利有弊。比如,飞行器对安全可靠性有着更严苛的要求,而且在空中飞行的容错率比较低,需经历更严苛的航空级适航审定,门槛更高,相应的认证周期也更长。
“但低空经济发展的土壤和环境,比当初新能源汽车更有利,用户和市场对电动化的接受度也更高,飞行器也可以借鉴和复用新能源汽车的电池技术和产业链。”徐中领说。
“有之前新能源汽车行业培养起来的工业基础、人才基础、技术基础,随着政策引导和法律法规、基础设施的完善,电动飞行器的发展速度可能快于预期。”徐中领说。
编者按:
去年,低空经济首次被写入政府工作报告,2025政府工作报告再次指出,推动商业航天、低空经济等新兴产业安全健康发展。今年以来,低空经济商业化进程不断加快,问道低空经济发展路径,南方日报、南方+客户端日前启动低空智联产业调研,探路低空新基建、新应用、新场景,特别推出《探见低空》策划报道。
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采写:南方+记者 郜小平
统筹:程鹏 姚翀
策划:陈韩晖
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