但凡提及航空業的未來，都免不了說到電動飛機。這種節能環保的電動飛機無疑是空中出租車，在摩天大樓之間穿梭，如同客機沉穩地穿越大洋。畢竟希望出行便捷的現代人們并不青睞化石燃料。

 

但航空航天公司和新興企業炒作出來的關于電動飛機的種種概念，都是不切實際的。飛行所需要的能量巨大，而如果真的利用電動驅動，那電池技術得有個極大的飛躍。要不然就像航空專家理查德·阿布拉菲亞（Richard Aboulafia）在審查相關空中飛車項目時說的話“干脆期待奇跡吧。”

 

電池技術

 

所以說，電動飛機的關鍵問題是電池。現有電池技術無法匹配能源—重量比，成本巨大，而且也維持不了多久時間。特斯拉推出的Model S電動車能運行535千米，雪佛蘭旗下的Bolt純電動車能跑300多千米。但這里用到的電動電池技術都不足以支撐最小的飛機飛起來。

 

既然專家都無奈表示“干脆期待奇跡吧”。那究竟是什么樣的奇跡才能拯救電動飛機呢？有生之年能不能看到呢？

 

前面提及的兩大電動車至少給了我們點希望。盡管要花費六位數美元，但特斯拉的Model S小轎車一次充電可行進535千米。而雪佛蘭的Bolt EV小型汽車則售價3萬美元，能跑383千米。今夏，特斯拉將進一步提升電池電動車性能。同時，訓練用的一座或兩座無氣飛機也很有可能進行起飛實驗。而不必冒險在飛機場間進行嘗試。

 

安柏瑞德航空大學的飛行研究中心的負責人理查德·帕特·安德森（Richard Pat Anderson）就說道“關注電動汽車的人，同樣關注電動飛機。但這兩者需求不同。電動汽車的電池價格應當低廉能被人們接受，電池也應當小巧便捷。但對飛機而言，電池是大是小就不那么重要，也不太介意成本，但關鍵是重量。”

 

臨界密度

 

需要降低飛機重量，但又不能以犧牲尺寸或功率為代價，能量密度就成了最大的問題。目前為止，電動電池的比能（指單位質量/體積的器件可提供的能量）是液體燃料的2%。而電動電力系統的效率是內燃機的7%。綜上，也就是說同樣重量的噴氣燃料產生的能量是電動電池的14倍。

 

盡管電動電池與噴氣燃料有著高達14倍的差異。但實際上電動電池一直在不斷進步。雖然進步微小，但電池的比能以每年2%-3%的比例提升。每一次重復中，特斯拉都有進步。

 

另外實際上，電動電池也不需要和液體燃料比單位重量的能量。如果當前的電流密度能夠提升至五倍，那就達到1000瓦·小時/千克。美國能源部阿貢重點實驗室的交通研究中心的主任唐（參配、圖片、詢價） ·希勒布蘭德（Don Hillebrand）認為這就足以支持一架小型的商業飛行器。而且他估計到2045年就能達到這一目標了。

 

1000瓦特·時/千克的能量大約是汽油能量密度的三分之一，但這就夠了。目前電池的創新穩定前進，電能傳遞效率也在提升，那么就有理由期待有朝一日能看到電動飛機在空中翱翔。

 

造型設計改進

 

除此以外，還有多種捷徑。電動飛機的發展也在改變飛機設計理念。未來的電動飛機肯定不是現在飛機的樣子。由于分布式電機和阻力減少，未來可能僅利用400 瓦特·時/千克的能源效率就能飛行。工程師們也會重新設計飛行器以適應電機。但需要指出的是，電動飛行器的進展十年磨一劍，在1000 瓦特·時/千克的電池未問世之前。電動飛機也不會出現。

 

固態鋰電池VS空氣鋰電池

 

電動飛機的發展得指望著電池技術，電池技術得要達到1000 瓦特·時/千克。那么，怎么做到呢？最可能的方法是推翻當前的新寵——鋰空氣電池。鋰電池具有強能量密度，但是該技術太不成熟了，還需要幾十年才能真正的商業應用。而固態鋰電池也是個不錯的選擇，因為它不易燃，但是沒法循環利用。也就是說固態鋰電池每次充電和用盡都在耗損壽命。

 

而研究人員減少“無圈曲線”的進展，促使某些專家將目光轉向其他形式的金屬鋰電池。無圈曲線會在電池反復充電和放電過程中形成，可能會導致短路，從而引起火災。阿貢國家重點實驗室的電池專家文卡特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)這樣預測道“五年之后，該技術一定會有大的進展。五年前我沒這么樂觀，但現在我非常相信鋰—金屬電池能夠派上用場。”

 

一旦鋰—金屬電池的問題被解決，其他材料如氧和硫也就迎刃而解了。

 

鋰—氧氣電池困難最大，但卡耐基梅隆大學的Viswanathan和同事認為鋰—氧電池是電動航空的最佳選擇。Viswanathan稱“鋰空氣電池，顧名思義。這個電池能夠達到400 瓦·小時/千克的能量，能夠飛行300到482千米，雖然不能夠讓人穿越海洋，但是足夠好幾個短途來回了。”

 

該電池的關鍵是氧氣溶解在電池陽極和陰極的電解液中，能夠維持充電和放電環境下電解液的穩定。除此以外，在放電過程中加進系統的氧氣，在充電過程中會被回收再利用。而且目前許多飛行器上都配有了這種電池所需要的純氧，利用起來很方便。

 

但理論和實際應用之間隔著鴻溝。該電池需要冷卻，需要固定在一個盒子里，這些都拖了體重和體積的后腿。科學家們需要進一步改善和規?；５€需要一段時間。

 

共同合作

 

但難題不僅僅是技術上的。電池技術研發小組分布在秘而不宣的公司企業和稍微公開點的各大高校。但各個研發小組之間并無合作。與更為開放的半導體業相比，電池技術產業之間缺乏社區努力。他們應當向半導體的產業生態學習。正在創新的科學家們也應當緊密聯系起來。由市場引導，才能更快地發展。

 

電氣化不僅僅用于汽車，也用于飛機。各種各樣的技術會在某一個點上交匯貫通。自動駕駛技術，電動車，無人機技術和電動航空，這些技術彼此支持，共同發展的速度可能會超人意料。

 

那就靜等2045年會發生什么吧！