全球動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代為其新一代凝聚態(tài)電池找到了最合適的應(yīng)用場(chǎng)景——載人航空。

近日，由寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司、中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司、上海交大企業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司共同持股的商飛時(shí)代（上海）航空有限公司成立。公司注冊(cè)地為上海臨港，注冊(cè)資本6億元，經(jīng)營(yíng)范圍含民用航空器零部件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、民用航空器（發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳）生產(chǎn)、新材料技術(shù)研發(fā)、電機(jī)制造、電池銷售等。

在今年4月的上海國(guó)際車展上，寧德時(shí)代發(fā)布了其電池材料及材料體系創(chuàng)新的成果——“凝聚態(tài)電池”，據(jù)寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在發(fā)布會(huì)上介紹，寧德時(shí)代正在進(jìn)行民用電動(dòng)載人飛機(jī)項(xiàng)目的合作開發(fā)。

7月21日，中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能研究組組長(zhǎng)、研究員陳永翀向澎湃新聞?dòng)浾弑硎荆鞍涯蹜B(tài)電池先應(yīng)用于載人航空，應(yīng)該說寧德時(shí)代找準(zhǔn)了方向?！?/p>

據(jù)寧德時(shí)代此前介紹，凝聚態(tài)電池使用了高動(dòng)力仿生凝聚態(tài)電解質(zhì)，高比能正極，新型負(fù)極和電池隔膜，能量密度為500Wh/kg，遠(yuǎn)超過當(dāng)前市面應(yīng)用于新能源汽車市場(chǎng)的三元鋰電池的能量密度（220—300Wh/kg），同時(shí)能夠兼顧高安全。

跟液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池以及全固態(tài)電解質(zhì)電池不同，寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池使用了高動(dòng)力仿生凝聚態(tài)電解質(zhì)，構(gòu)建了微米級(jí)別自適應(yīng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)鏈間的相互作用力，增強(qiáng)微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，因此能夠提高電池動(dòng)力學(xué)性能，提升鋰離子運(yùn)輸效率。

據(jù)寧德時(shí)代吳凱此前介紹，除了應(yīng)用于民用航空，凝聚態(tài)電池同時(shí)還將推出車規(guī)級(jí)應(yīng)用版本，可在今年內(nèi)具備量產(chǎn)能力。

不過，在陳永翀看來，相較于新能源汽車市場(chǎng)，航空領(lǐng)域是凝聚態(tài)電池更合適的應(yīng)用場(chǎng)景。

“跟液態(tài)電解液鋰離子電池相比，寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池成本更高，更適合走高端路線，航空業(yè)的附加值高，能夠接受這樣的成本，”陳永翀說，“就電池的性能而言，即便是電池的循環(huán)次數(shù)相較于液態(tài)電解液的電池差一些，但也能滿足飛機(jī)的需求?！?/p>

今年上半年，我國(guó)新能源車?yán)塾?jì)半年度零售銷量達(dá)308.6萬輛，同比去年大幅度增長(zhǎng)37.3%。動(dòng)力電池累計(jì)裝車量152.1GWh, 同比增長(zhǎng)38.1%。其中三元鋰電池累計(jì)裝車量48.0GWh,占總裝車量31.5%；磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝車量103.9GWh，占總裝車量68.3%。在兩種已經(jīng)成熟的電池技術(shù)路線站穩(wěn)山頭后，留給一種新的技術(shù)路線的機(jī)會(huì)其實(shí)并不多。   

在陳永翀看來，目前新能源汽車市場(chǎng)所使用的液態(tài)鋰離子電池，價(jià)格更親民，也基本能夠解決能量密度和安全性的問題?！熬妥铌P(guān)心的安全性問題來說，新能源汽車行業(yè)和動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在的程度，事故的出現(xiàn)概率從整體來看，其實(shí)是比較低的?！标愑懒堈f。

以新能源汽車最為詬病的起火問題來說，國(guó)家應(yīng)急管理部消防救援局的數(shù)據(jù)顯示，2022年第一季度，國(guó)內(nèi)接報(bào)的新能源汽車火災(zāi)共計(jì)有640起，即每天平均有超過7例的新能源汽車火災(zāi)。按照當(dāng)時(shí)新能源汽車保有量891.5萬輛計(jì)算，新能源汽車起火概率約為萬分之0.72，低于燃油車的事故率。

儲(chǔ)能電站方面，雖然在全球來看，也發(fā)生了幾十起事故，但液態(tài)鋰離子電池總體裝機(jī)也有接近40GW?！艾F(xiàn)有液態(tài)電解液鋰離子電池的安全問題，是能夠通過在液態(tài)電解液中增加添加劑等方式進(jìn)一步解決的?！标愑懒堈f。

比NASA的全固態(tài)電池上天更快？

那么，跟裝載于新能源汽車上的動(dòng)力電池相比，適用于載人航空的動(dòng)力電池性能有哪些特殊要求？寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池又有什么優(yōu)勢(shì)？

“載人航空需要電池有超高的能量密度，超長(zhǎng)的循環(huán)壽命和超高的安全性。”7月21日，加拿大皇家科學(xué)院院士張久俊對(duì)澎湃新聞?dòng)浾弑硎尽?/p>

2014年，馬斯克預(yù)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)洲際飛行，動(dòng)力電池的能量密度要提升至400Wh/kg，才能使得電池?fù)魯∪加停岆妱?dòng)飛機(jī)成為可能。

可以看到，寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池的能量密度已經(jīng)做到了500Wh/kg。而頗為湊巧的是，500Wh/kg也是去年美國(guó)航空航天局（NASA）宣布研發(fā)的航空用固態(tài)電池的能量密度水平。

去年10月，NASA在其官方網(wǎng)站介紹，NASA目前所研發(fā)成功的固態(tài)電池的能量密度達(dá)到了500Wh/kg。2021年4月，NASA宣布其“改進(jìn)固態(tài)電池充電效率和安全性項(xiàng)目”部門將為電動(dòng)飛機(jī)研發(fā)固態(tài)電池，相較于現(xiàn)有的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，其具有更高能量密度，電池體積更小，受到?jīng)_擊后能夠繼續(xù)使用，起火風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)更低。

據(jù)了解，NASA的固態(tài)電池為硫硒電池，其電解質(zhì)材料利用廉價(jià)并易獲得的硫，電池還利用了 NASA 此前研發(fā)的“多孔石墨烯”材料，導(dǎo)電性好，質(zhì)量也較輕。由于固態(tài)鋰電池沒有液體電解液，因此降低了液體起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

此外，與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池相比，NASA開發(fā)的固態(tài)硫硒電池具有能夠承受更高溫度的優(yōu)勢(shì)。

目前，NASA并沒有披露電池的進(jìn)展。不過，在業(yè)內(nèi)人士看來，全固態(tài)鋰電池仍然具有難以克服的技術(shù)問題，首先是固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低，特別是在低溫環(huán)境中。其次是電極—電解質(zhì)的固固界面處的界面電阻大。此外，固態(tài)電池采用的預(yù)鋰化硅碳負(fù)極或未來的金屬鋰負(fù)極、高鎳正極、固態(tài)電解質(zhì)等新材料，完全顛覆當(dāng)前的液態(tài)鋰電池體系，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于目前對(duì)應(yīng)的材料。

此外，全固態(tài)電池還存在循環(huán)次數(shù)不盡如人意的問題。據(jù)了解，目前最好的固態(tài)電池循環(huán)次數(shù)為2000—3000次。

而寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池，不同于全固態(tài)電池在材料上的徹底革新，如取消掉隔膜，負(fù)極采用鋰金屬等，電池正極可以適配當(dāng)下的高鎳三元，負(fù)極石墨或者硅基負(fù)極，因此可更快量產(chǎn)。

據(jù)介紹，此次寧德時(shí)代合作的中國(guó)商飛，是實(shí)施國(guó)家大型飛機(jī)重大專項(xiàng)中大型客機(jī)項(xiàng)目的主體，也是統(tǒng)籌干線飛機(jī)和支線飛機(jī)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)我國(guó)民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)化的主要載體，目前已經(jīng)完成了ARJ21新支線噴氣客機(jī)和C919大型客機(jī)的生產(chǎn)交付。

早在2019年，商飛研制的新能源驗(yàn)證機(jī)“靈雀H”已經(jīng)試飛成功，飛機(jī)采用氫燃料和電為主的混合動(dòng)力技術(shù)。

值得注意的是，此次雙方新成立商飛時(shí)代的法定代表人是錢仲焱，其目前擔(dān)任中國(guó)商飛北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心主任，曾任國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919的副總設(shè)計(jì)師。而另據(jù)媒體報(bào)道，成立新的合資公司，是為了一個(gè)電動(dòng)飛機(jī)的預(yù)研項(xiàng)目，希望研制一款固定翼的電動(dòng)飛機(jī)，相當(dāng)于“電力驅(qū)動(dòng)的空中考斯特”。

未來，寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池是否會(huì)首搭商飛的電動(dòng)飛機(jī)上天，可拭目以待。

今年瑞典“心”航空航天公司研發(fā)成功的混合動(dòng)力飛機(jī)