9月10日，在“2024中國(guó)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(huì)”上，美國(guó)國(guó)家發(fā)明家科學(xué)院院士王朝陽(yáng)（后簡(jiǎn)稱(chēng)“王院士”）以《飛行汽車(chē)電池的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵》為題作主題報(bào)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(shí)實(shí)現(xiàn)飛行汽車(chē)低成本、高運(yùn)營(yíng)收入的關(guān)鍵，對(duì)飛行汽車(chē)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(guó)舊金山等地，面臨著嚴(yán)重的地面交通擁堵問(wèn)題。飛行汽車(chē)被廣泛認(rèn)為是解決此類(lèi)通勤困境的有效方案。然而，飛行汽車(chē)的動(dòng)力不僅源于經(jīng)濟(jì)效益的追求，更深層次的動(dòng)機(jī)是人們對(duì)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(chē)電池，并于2020年發(fā)表了首篇國(guó)際飛行汽車(chē)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。盡管當(dāng)時(shí)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(guó)際能源期刊》撰寫(xiě)了一篇展望電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)的文章，社會(huì)反響極大，文章不僅登上了期刊封面，還在國(guó)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(bào)道。今年，我們將飛行汽車(chē)納入低空經(jīng)濟(jì)的范疇，其中還包括無(wú)人機(jī)配送等應(yīng)用。在這個(gè)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(chē)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(yíng)。傳統(tǒng)電池?zé)o法滿(mǎn)足這一要求，因其充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合低空經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景。

快充技術(shù)是飛行汽車(chē)電池的首要條件。如果沒(méi)有快充，飛行汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)收入將無(wú)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(shí)間就是金錢(qián)，效率就是生命”口號(hào)，與快充技術(shù)的核心理念高度契合。飛行汽車(chē)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(guò)被動(dòng)液冷實(shí)現(xiàn)75%的充電狀態(tài)。

在現(xiàn)有產(chǎn)品方面，市場(chǎng)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?chē)滿(mǎn)電續(xù)航提升至1000公里，并通過(guò)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(gè)數(shù)量級(jí)的挑戰(zhàn)。另外一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是在寒冷或炎熱的極端環(huán)境下，飛行汽車(chē)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(duì)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(duì)簡(jiǎn)單，通過(guò)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(guò)多次循環(huán)測(cè)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(mǎn)足了飛行汽車(chē)對(duì)電池高效性和長(zhǎng)壽命的需求。

除了快充之外，飛行汽車(chē)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(shí)，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(shí)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(shí)快速充電至80%以上。

飛行汽車(chē)的放電倍率要遠(yuǎn)高于地面電動(dòng)汽車(chē)，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(duì)飛行汽車(chē)的負(fù)擔(dān)。飛行汽車(chē)電池必須具備極強(qiáng)的耐熱性，以應(yīng)對(duì)未來(lái)氣溫升高的挑戰(zhàn)。許多大城市由于無(wú)法應(yīng)對(duì)高溫，甚至無(wú)法申請(qǐng)夏季奧運(yùn)會(huì)。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(jiàn)的電解液在高溫下容易汽化。因此，未來(lái)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(wú)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(guò)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(wú)負(fù)極電池的能量密度極高，成本也非常低。我們目前的測(cè)試表明，這種電池可以實(shí)現(xiàn)500瓦時(shí)每公斤的能量密度，并能夠滿(mǎn)足飛行汽車(chē)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(chē)電池技術(shù)的突破將推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化布局需針對(duì)實(shí)際需求，選擇具有應(yīng)用價(jià)值的電池技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)飛行汽車(chē)的廣泛應(yīng)用和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。在選擇電池技術(shù)時(shí)，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(shí)間和資源在那些沒(méi)有實(shí)際使用價(jià)值的技術(shù)上。