低空飞行续航焦虑如何破解？​｜ 低空经济发展五问

　　编者按：低空经济作为战略性新兴产业之一，科技含量高、创新要素集中，具有产业链条长、应用场景复杂、使用主体多元、涉及部门和领域多等特点以及明显的新质生产力特征，2030年低空经济有望形成万亿级市场规模。中国电子报特推出“低空经济发展五问”系列报道，从政策、技术、产品及应用等多维度深度解析低空经济发展现状、趋势、瓶颈。敬请关注。大疆运载无人机在川西地区运输作业应急救援、物流配送、空中摆渡、城际通勤、特色文旅……当前，低空经济迅速兴起，“低空+”应用场景正在拓宽人们的想象空间。无人驾驶、数字低空、绿色能源成为其主要发展方向。动力电池是绿色能源的代表，其不仅是三大核心部件之一，也是航空器的核心部件，其性能直接决定了航空器的航程、平稳性、安全性和运营效率。动力电池是无人机重要部件之一，“随着技术的进步，相信会在新兴行业看到更多无人机创新应用。”深圳大疆创新科技有限公司高级企业战略总监张晓楠向《中国电子报》记者表示。2024年3月，工信部等四部门联合发布《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》提出，加速通用航空动力产品系列化发展。加快布局新能源通用航空动力技术和装备，推动 400Wh/kg 级航空锂电池产品投入量产，实现 500Wh/kg 级航空锂电池产品应用验证。低空经济正孕育万亿级市场规模，在政策推动下，各大企业积极切入航空器动力产品赛道，抢占市场先机的同时也加速破解低空飞行续航焦虑。要“上天”的电池市场潜力大目前，民用无人机已成为中国低空经济发展的主力机型。eVTOL（载人电动垂直起降飞行器）作为前沿赛道，则是潜力机型。

　　中国电科芜湖钻石飞机制造公司研制的DA42双发四座固定翼飞机赛迪顾问数据显示，2023年我国民用无人机产业规模达到1174.3亿元，同比增长32%。其中，工业级无人机产业规模达766.8亿元，占比达65.3%，行业应用深度和广度不断提升。据赛迪顾问智能装备产业研究中心总经理杨岭初步估计，电池占相关飞行器成本约在三成左右。业界普遍认为，到2026年我国低空经济规模有望突破万亿元，因此电池市场潜力巨大。“随着政策支持力度不断加大，未来低空经济体、低空经济技术、低空经济应用、低空经济供应链都会有很大发展，其中低空经济电池市场需求量至少在千亿元级别。”西安瑟福能源科技有限公司副总经理陆建军告诉《中国电子报》记者。对于潜力机型eVTOL，赛迪顾问数据显示，2023年，我国eVTOL产业规模达到9.8亿元，同比增长77.3%。预计2024年eVTOL产业将迎来第一轮商业化爆发周期，规模将大幅提升，到2026年将达到95.0亿元。华西证券认为，eVTOL作为低空经济的重要载体具备多重优势，就产业链而言，三电系统（电池、电机、电控）成本占比较高，在eVTOL广阔市场规模的带动下，产业链上游的三电系统市场有望蓬勃发展。根据高工锂电预测，2030年我国无人机（不含eVTOL）用锂电池市场规模有望超千亿元；eVTOL用锂电池市场规模将于2040年超万亿元。在政策助推下，无论是电池企业还是航空器制造商均对航空动力产品研发热情高涨。小鹏汇天动力团队自主设计了兼顾高安全和高性能的ENP动力总成技术架构（包含由动力电池包构成的能量单元），其中电芯采用的是高镍掺硅锂电池体系。亿航智能于2023年底与国轩高科签订战略合作协议，共同开发基于亿航智能无人驾驶eVTOL产品的动力电芯、电池包、储能系统和充电基础设施，打造符合中国民用航空局适航标准的eVTOL动力电池解决方案。亿航智能副总裁贺天星告诉记者，今年4月，亿航智能与广州巨湾技研签订战略合作，将推出全球首款eVTOL航空器超快/极快充电池。西安瑟福能源科技有限公司一直致力于无人机锂电池研发及产业化，拥有“高倍率电池、高能量密度电池、宽温域电池和高安全电池”等核心技术。公司致力于技术研发与储备，规划建设无人机电池产业园，打造无人机电池研发、测试、生产制造等新基地。记者了解到，宁德时代、中创新航、力神等锂电池企业已经开展了航空级电池的技术攻关，且部分企业已经推出了航空级电池产品。不过，截至记者发稿时，上述企业并未予以回应。美团、顺丰等企业也表示因无人机电池问题非常敏感，婉拒了本次采访。大疆亦未正面回答电池相关问题。固态电池呼声高相比新能源汽车，低空航空器对动力电池性能要求更加严苛。以eVTOL为例，其平均功率需求是同等重量汽车的30~40倍，峰值功率需求是同等重量汽车的5~10倍，这意味着对动力系统的功率密度和能量密度均有着极高要求。除了高功率密度、高能量密度、低成本、长循环使用寿命外，低空航空器对电池安全性、快充等要求也远远超过车用电池。另外，用于低空飞行场景也意味着电池要更轻量化。

　　西安瑟福能源科技有限公司无人机锂离子电池全自动注液线液态锂离子电池属于当前商业成熟度较高的一类电池，在新能源汽车、消费电子等领域应用广泛。目前民用无人机、eVTOL使用的基本上都是液态锂离子电池。但其并非“长久之计”，固态电池呼声越来越高。“目前市场上主流的低空飞行器通常采用能量密度280-320Wh/kg的锂离子电池，这类电池的正极通常采用钴酸锂材料或者三元材料，负极通常采用人造石墨或者硅碳负极材料。该类电池能量密度较高、高倍率放电性能方面可满足低空飞行器的短时使用需求，但从长期来看，该类电池的能量密度仍无法覆盖低空飞行器所有的应用场景，例如eVTOL或其他大型电动飞行器需要跨城区远距离飞行（>250km）。”欣旺达动力中央研究院院长徐中领在接受《中国电子报》记者采访时表示。“eVTOL要求电池高安全、高能量密度、高功率密度，固态/半固态电池或为未来主流路线。”中国航空器拥有者及驾驶员协会秘书长陈国华指出，“固态电池的技术路线众多，目前Li-LMO（锂金属负极-锂金属氧化物正极）是全球电池厂主流布局路线。”与传统的液态锂离子电池相比，固态电池放弃了液态电解质，转而采用固态电解质材料。除了能量密度高这一显著优势外，其还拥有不易燃，可以做得更轻、更薄、更柔性，冬天电池容量衰减慢等特点。据悉，沃飞长空目前采用的是半固态电池，该公司相关负责人向记者表示，作为下一代电池技术，固态电池本身的六边形属性让市场对其抱有极高的期待。而eVTOL是一种纯电动的低空航空器，对研发厂商来说，电池的续航能力也是非常关注的，不仅关系到产品的飞行距离和范围，同时更强的电池续航能为eVTOL提供额外的安全余量，从而提高飞行的安全性。因此，公司很期待未来能见到更多优秀的固态电池产品出现，为电动航空业提供更多可能。不过，目前固态电池技术也并非完美无暇。“固态电池被视为下一代储能技术，理论上能够提供更高的能量密度、更快的充电速度和更好的安全性，但其商业化应用仍面临成本高昂、生产规模小、循环使用寿命不稳定等挑战。”小鹏汇天副总裁仇明全表示。eVTOL用电池不仅需要高能量密度，还要高功率密度，固态电池采用固态电解质，功率密度相对液态锂离子电池更低，因此提高功率密度是其需要解决的一个关键问题。此外，成本也是不容忽视的因素。“全固态电池目前成本较高，即使采用低成本聚合物复合固态技术路线成本也比目前液态电池高出数倍，从而限制了普及应用。从中短期来看，低空飞行器电池市场仍是以兼具低成本、高功率、高安全的半固态电池为主。”徐中领坦言。据介绍，目前欣旺达动力第一代300Wh/kg半固态电池已完成开发，第二代半固态电池产品正处于中试开发阶段，其能量密度可达400 Wh/kg。大于500 Wh/kg能量密度的固态电池已有实验室样品。

　　欣旺达动力通过开发“新材料+新工艺”，推进高性能固态电池产品落地谈“最终技术路线”为时尚早对于低空航空器绿色动力系统而言，液态锂电池、半固态锂电池、全固态锂电池均有各自优缺点，那么最终技术路线会是哪个呢？目前，谜底还很难揭晓，不仅仅是锂电池，氢动力、可持续燃料动力等其他技术路线都在加速攻关。“eVTOL、无人机目前主要采用的是锂离子电池，锂离子电池综合技术近年来发展也较为迅速。此外也有采用氢能作为动力源的，氢能能量密度高是优势，但氢能的氢燃料电池技术成本以及氢的制备、存储、运输、成本、安全等都待解决。固态电池能量密度高，但其倍率性能、循环使用寿命、制造成本、产业化也待解决。液态锂电池、氢能、固态锂电池等产品方向都在持续开展技术迭代升级、成本优化等工作，目前来看很难看出哪个是最终技术路线。”陆建军表示。2024年3月，工信部等四部门联合发布《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》提出，以电动化为主攻方向，兼顾混合动力、氢动力、可持续燃料动力等技术路线，加快航空电推进技术突破和升级。地方低空经济政策也都瞄准动力系统技术攻关。《广东省推动低空经济高质量发展行动方案（2024—2026年）》指出，开展高能量密度航空动力电池技术等自主可控技术协同攻关。推动航空固态电池、氢燃料电池、可持续航空燃料等动力技术的商业化。《北京市促进低空经济产业高质量发展行动方案（2024-2027年）（征求意见稿）》明确指出，积极发展氢能、生物燃料电池等新能源、高效动力发动机系统，推进轻质、高强比材料开发。此外，《房山区低空经济产业发展行动方案（2024—2027年）（征求意见稿）》提出，支持固态锂电池、石墨烯电池、氢内燃机等航空动力用产品研制及应用验证，引入和培育混电推进系统。《安徽省发展改革委关于印发安徽省加快培育发展低空经济实施方案（2024—2027年）及若干措施的通知》提出，聚焦中小微型航空发动机、动力电池、燃料电池、混合动力系统、机载系统及飞控系统等关键系统、零部件、关键材料及元器件，开展技术攻关。突出发展高能量密度、高放电效率、高安全性的动力电池技术以及高可靠性、高功重比、高效率的电推进技术，前瞻谋划氢燃料存储技术、氢燃料电池技术、氢内燃、氢涡轮发动机技术、氢涡轮混合电推进技术。值得一提的是，尽管“机用”动力电池与“车用”有所不同，但关系密切，新能源汽车用动力电池企业切入低空经济赛道更被业界看好。“新能源汽车用动力电池正朝着高比能高安全快速补能方向发展，这一点和电动飞行器动力电池的发展方向是一致的。特别是重载型（吨级以上）的电动飞行器，其电池包整体的容量也会更接近新能源汽车。因此动力电池企业在电芯、电池、系统的研发设计、制造、应用方面，都有成熟的经验可以迁移到电动飞行器相关产品开发中。”徐中领告诉记者。例如在电动汽车领域，目前“三元+硅基”体系以及圆柱、软包、方壳电池也都有了成熟的应用，均可为电动飞行器动力电池的选择应用提供参考。不过，他坦言，电动飞行器电池需要既有高能量密度、又有高功率密度，同时对电池的安全可靠性要求极为严苛，动力电池企业仍需要积极发挥自身优势，提升电池短板。“新能源动力电池企业方面，由于汽车动力电池专注于能量密度，其无人机电池高倍率与高功率密度兼顾技术经验目前还稍显不足，但其成熟的电源管理系统方面具备优势。”陆建军表示。杨岭认为，新能源汽车用动力电池企业有着自身成熟的批产经验，对产品一致性把控上有着先发优势，研制能力相对较强。作者丨徐恒编辑丨邱江勇美编丨马利亚监制丨赵晨点个“在看”不失联