9月10日，在“2024中國電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨能源學(xué)人產(chǎn)學(xué)研大會”上，美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士王朝陽（后簡稱“王院士”）以《飛行汽車電池的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵》為題作主題報告演講。王院士表示，電池技術(shù)的發(fā)展正引起出行方式的重大變革，電池的快速充電能力是同時實(shí)現(xiàn)飛行汽車低成本、高運(yùn)營收入的關(guān)鍵，對飛行汽車真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化至關(guān)重要。

當(dāng)前，全球主要大城市，特別是美國舊金山等地，面臨著嚴(yán)重的地面交通擁堵問題。飛行汽車被廣泛認(rèn)為是解決此類通勤困境的有效方案。然而，飛行汽車的動力不僅源于經(jīng)濟(jì)效益的追求，更深層次的動機(jī)是人們對自由飛翔的渴望。正因如此，我們的課題組在多年前便著手研究飛行汽車電池，并于2020年發(fā)表了首篇國際飛行汽車實(shí)驗(yàn)報告。盡管當(dāng)時正值疫情初期，但博士生和博士后們依舊克服了重重困難，展現(xiàn)出了非凡的科研精神。

一年后，我們受邀在《國際能源期刊》撰寫了一篇展望電動汽車未來的文章，社會反響極大，文章不僅登上了期刊封面，還在國內(nèi)的媒體上廣泛傳播，獲得了2.7億次閱讀，并有74家媒體同步報道。今年，我們將飛行汽車納入低空經(jīng)濟(jì)的范疇，其中還包括無人機(jī)配送等應(yīng)用。在這個新興領(lǐng)域，電池的“經(jīng)濟(jì)性”成為首要關(guān)注點(diǎn)。而要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，飛行汽車電池必須具備“快充”功能，因?yàn)轱w機(jī)在空中飛行后，需要快速充電以進(jìn)入下一輪運(yùn)營。傳統(tǒng)電池?zé)o法滿足這一要求，因其充電時間過長，不適合低空經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用場景。

快充技術(shù)是飛行汽車電池的首要條件。如果沒有快充，飛行汽車的運(yùn)營收入將無法實(shí)現(xiàn)，因此談不上經(jīng)濟(jì)性。深圳在1980年代提出的“時間就是金錢，效率就是生命”口號，與快充技術(shù)的核心理念高度契合。飛行汽車的快充要求需要達(dá)到6C倍率，即在10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)80%的充電量。這一技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，目前文獻(xiàn)中最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為通過被動液冷實(shí)現(xiàn)75%的充電狀態(tài)。

在現(xiàn)有產(chǎn)品方面，市場上最好的電池產(chǎn)品可以在10分鐘內(nèi)充電并實(shí)現(xiàn)400公里的續(xù)航。如果我們能夠?qū)㈦娷嚌M電續(xù)航提升至1000公里，并通過技術(shù)換算達(dá)到2.4C可充電至40%，這在技術(shù)上仍然是一個數(shù)量級的挑戰(zhàn)。另外一個技術(shù)難點(diǎn)是在寒冷或炎熱的極端環(huán)境下，飛行汽車的電池包必須在50-60度的高溫或零下的低溫下實(shí)現(xiàn)快充，這對電池的穩(wěn)定性提出了更高的要求。

“熱調(diào)控電池”的原理相對簡單，通過快速預(yù)熱將電池的溫度提升至較高水平，例如60度，從而增強(qiáng)電池的活性，實(shí)現(xiàn)快速充電。經(jīng)過多次循環(huán)測試，熱調(diào)控電池的壽命可達(dá)到2000次以上，并且容量保持率為90%。這一技術(shù)極大地滿足了飛行汽車對電池高效性和長壽命的需求。

除了快充之外，飛行汽車電池還需要具備高功率密度，尤其是飛機(jī)在起飛和降落時，需要大倍率放電。為了確保電池的高效運(yùn)行，飛機(jī)降落的時候電量必須保持在20-25%之間，因?yàn)樾枰恍┐媪磕茉诰o急情況下進(jìn)行第二次降落，這樣才能在下一次起飛時快速充電至80%以上。

飛行汽車的放電倍率要遠(yuǎn)高于地面電動汽車，這也意味著電池管理系統(tǒng)必須能夠處理大量熱量。然而，傳統(tǒng)的液冷系統(tǒng)體積龐大且復(fù)雜，因此我們提出了固體和空氣的熱管理系統(tǒng)，以減少熱管理對飛行汽車的負(fù)擔(dān)。飛行汽車電池必須具備極強(qiáng)的耐熱性，以應(yīng)對未來氣溫升高的挑戰(zhàn)。許多大城市由于無法應(yīng)對高溫，甚至無法申請夏季奧運(yùn)會。因此，電池材料的耐熱性成為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的硅負(fù)極在45度以上的環(huán)境中表現(xiàn)不佳，而常見的電解液在高溫下容易汽化。因此，未來的電池必須具備穩(wěn)定的界面和耐熱的材料，確保在高溫環(huán)境下依然可以穩(wěn)定運(yùn)行。

我們近期在無負(fù)極電池技術(shù)方面取得了重大突破。這種電池使用裸銅箔作為負(fù)極，充放電過程中鋰沉積在銅箔上，形成鋰負(fù)極。由于不需要傳統(tǒng)的富鋰材料和鋰箔，無負(fù)極電池的能量密度極高，成本也非常低。我們目前的測試表明，這種電池可以實(shí)現(xiàn)500瓦時每公斤的能量密度，并能夠滿足飛行汽車的需求。雖然循環(huán)次數(shù)仍需提升，但技術(shù)改進(jìn)后有望實(shí)現(xiàn)700次循環(huán)，這將具備商業(yè)化應(yīng)用的潛力。

飛行汽車電池技術(shù)的突破將推動低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。未來的產(chǎn)業(yè)化布局需針對實(shí)際需求，選擇具有應(yīng)用價值的電池技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)飛行汽車的廣泛應(yīng)用和商業(yè)化運(yùn)營。在選擇電池技術(shù)時，我們應(yīng)聚焦于具有實(shí)際應(yīng)用前景的技術(shù)，避免浪費(fèi)時間和資源在那些沒有實(shí)際使用價值的技術(shù)上。