【论坛回顾】王朝阳院士：飞行汽车电池与电动汽车电池至少有3点不同

9月10日，在“2024中国电池产业创新发展论坛暨能源学人产学研大会”上，美国国家发明家科学院院士王朝阳（后简称“王院士”）以《飞行汽车电池的核心技术和产业化关键》为题作主题报告演讲。王院士表示，电池技术的发展正引起出行方式的重大变革，电池的快速充电能力是同时实现飞行汽车低成本、高运营收入的关键，对飞行汽车真正实现商业化至关重要。

当前，全球主要大城市，特别是美国旧金山等地，面临着严重的地面交通拥堵问题。飞行汽车被广泛认为是解决此类通勤困境的有效方案。然而，飞行汽车的动力不仅源于经济效益的追求，更深层次的动机是人们对自由飞翔的渴望。正因如此，我们的课题组在多年前便着手研究飞行汽车电池，并于2020年发表了首篇国际飞行汽车实验报告。尽管当时正值疫情初期，但博士生和博士后们依旧克服了重重困难，展现出了非凡的科研精神。

一年后，我们受邀在《国际能源期刊》撰写了一篇展望电动汽车未来的文章，社会反响极大，文章不仅登上了期刊封面，还在国内的媒体上广泛传播，获得了2.7亿次阅读，并有74家媒体同步报道。今年，我们将飞行汽车纳入低空经济的范畴，其中还包括无人机配送等应用。在这个新兴领域，电池的“经济性”成为首要关注点。而要实现经济性，飞行汽车电池必须具备“快充”功能，因为飞机在空中飞行后，需要快速充电以进入下一轮运营。传统电池无法满足这一要求，因其充电时间过长，不适合低空经济的应用场景。

快充技术是飞行汽车电池的首要条件。如果没有快充，飞行汽车的运营收入将无法实现，因此谈不上经济性。深圳在1980年代提出的“时间就是金钱，效率就是生命”口号，与快充技术的核心理念高度契合。飞行汽车的快充要求需要达到6C倍率，即在10分钟内实现80%的充电量。这一技术挑战巨大，目前文献中最好的实验结果为通过被动液冷实现75%的充电状态。

在现有产品方面，市场上最好的电池产品可以在10分钟内充电并实现400公里的续航。如果我们能够将电车满电续航提升至1000公里，并通过技术换算达到2.4C可充电至40%，这在技术上仍然是一个数量级的挑战。另外一个技术难点是在寒冷或炎热的极端环境下，飞行汽车的电池包必须在50-60度的高温或零下的低温下实现快充，这对电池的稳定性提出了更高的要求。

“热调控电池”的原理相对简单，通过快速预热将电池的温度提升至较高水平，例如60度，从而增强电池的活性，实现快速充电。经过多次循环测试，热调控电池的寿命可达到2000次以上，并且容量保持率为90%。这一技术极大地满足了飞行汽车对电池高效性和长寿命的需求。

除了快充之外，飞行汽车电池还需要具备高功率密度，尤其是飞机在起飞和降落时，需要大倍率放电。为了确保电池的高效运行，飞机降落的时候电量必须保持在20-25%之间，因为需要一些存量能在紧急情况下进行第二次降落，这样才能在下一次起飞时快速充电至80%以上。

飞行汽车的放电倍率要远高于地面电动汽车，这也意味着电池管理系统必须能够处理大量热量。然而，传统的液冷系统体积庞大且复杂，因此我们提出了固体和空气的热管理系统，以减少热管理对飞行汽车的负担。飞行汽车电池必须具备极强的耐热性，以应对未来气温升高的挑战。许多大城市由于无法应对高温，甚至无法申请夏季奥运会。因此，电池材料的耐热性成为关键。传统的硅负极在45度以上的环境中表现不佳，而常见的电解液在高温下容易汽化。因此，未来的电池必须具备稳定的界面和耐热的材料，确保在高温环境下依然可以稳定运行。

我们近期在无负极电池技术方面取得了重大突破。这种电池使用裸铜箔作为负极，充放电过程中锂沉积在铜箔上，形成锂负极。由于不需要传统的富锂材料和锂箔，无负极电池的能量密度极高，成本也非常低。我们目前的测试表明，这种电池可以实现500瓦时每公斤的能量密度，并能够满足飞行汽车的需求。虽然循环次数仍需提升，但技术改进后有望实现700次循环，这将具备商业化应用的潜力。

飞行汽车电池技术的突破将推动低空经济的发展。未来的产业化布局需针对实际需求，选择具有应用价值的电池技术，才能实现飞行汽车的广泛应用和商业化运营。在选择电池技术时，我们应聚焦于具有实际应用前景的技术，避免浪费时间和资源在那些没有实际使用价值的技术上。