中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2月8日，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)北京航空材料研究院（航材院）內(nèi)一片忙碌景象。當(dāng)日，石墨烯航空電池研制中試生產(chǎn)線(xiàn)正式開(kāi)工。這里生產(chǎn)的石墨烯航空電池，將率先應(yīng)用于混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，邁出其助力低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一步。
石墨烯——航空電池的“神奇魔法石”
石墨烯，素有“新材料之王”的美譽(yù)。它擁有眾多令人矚目的優(yōu)異性能，如電熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫速度快、比表面積大等。
航材院石墨烯新能源材料中心主任燕紹九表示，應(yīng)用石墨烯等新型材料技術(shù)制造的航空電池，相比傳統(tǒng)電池有著顯著優(yōu)勢(shì)，能量密度能提升50%以上。這意味著，在相同的體積或質(zhì)量下，石墨烯航空電池能夠存儲(chǔ)和釋放更多的電能，為飛行器提供更強(qiáng)勁、持久的動(dòng)力支持。
低空經(jīng)濟(jì)與高性能動(dòng)力電池的緊密紐帶
低空經(jīng)濟(jì)作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表，已成為培育發(fā)展新動(dòng)能的重要方向。2024年，各地紛紛出臺(tái)具體支持政策和行動(dòng)方案，其中高性能動(dòng)力電池的研發(fā)應(yīng)用被多次提及。
就如同新能源汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)高性能電池一樣，未來(lái)低空經(jīng)濟(jì)的主力場(chǎng)景，如電動(dòng)垂直起降航空器（eVTOL）與無(wú)人機(jī)等的規(guī)�；茝V應(yīng)用，高性能動(dòng)力電池是關(guān)鍵因素。據(jù)了解，動(dòng)力電池成本約占新能源車(chē)總成本的30%-40%，由此不難看出，我國(guó)航空動(dòng)力電池市場(chǎng)前景十分廣闊。正因如此，寧德時(shí)代、億緯鋰能、中創(chuàng)新航等具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)的動(dòng)力電池企業(yè)，都敏銳地捕捉到了這一商機(jī)，紛紛投身其中，致力于打造低空經(jīng)濟(jì)的“動(dòng)力源”。
航空動(dòng)力電池的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)
相較于新能源汽車(chē)動(dòng)力電池，航空動(dòng)力電池面臨著更為嚴(yán)苛的要求。安全性、能量密度、功率密度、快充性能、循環(huán)壽命等方面都需要達(dá)到更高的水平。
其中，能量密度是衡量電池性能的核心指標(biāo)，它直接決定了電池的續(xù)航能力和使用效率。能量密度的定義是電池平均單位體積或質(zhì)量釋放出的電能，單位為瓦時(shí)/千克（Wh/kg）。傳統(tǒng)電池的能量密度約為250Wh/kg，與航空煤油相比，不到其1/40。中國(guó)航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)發(fā)布的《2023—2024中國(guó)民用無(wú)人駕駛航空發(fā)展報(bào)告》指出，電池續(xù)航問(wèn)題是當(dāng)前制約無(wú)人機(jī)發(fā)展的一大瓶頸。
石墨烯在提升電池能量密度中的關(guān)鍵作用
為了突破電池性能的瓶頸，引入新材料成為了重要思路之一，而石墨烯憑借其獨(dú)特的性能脫穎而出。它導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好，比表面積大，加入鋰電池后能夠極大地提高電池能量密度。例如，在研發(fā)能量密度有望超過(guò)600Wh/kg的鋰硫電池時(shí)，就需要借助石墨烯的高導(dǎo)電和大比表面積特性。
然而，目前市場(chǎng)上航空電池的能量密度距離400-500Wh/kg的門(mén)檻仍有一定差距。航材院專(zhuān)家介紹，400Wh/kg是一個(gè)重要的分水嶺，達(dá)到這一數(shù)值，大概相當(dāng)于常規(guī)新能源汽車(chē)電池的2倍動(dòng)力，足以支持小型通用飛機(jī)的飛行。
飛行汽車(chē)賽道迎來(lái)"續(xù)航革命"
2024年11月12日，小鵬匯天分體式飛行汽車(chē)“陸地航母”在第十五屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)上完成全球首次公開(kāi)飛行。這款計(jì)劃于2025年底開(kāi)啟交付的"陸空兩棲"裝備，得益于石墨烯進(jìn)一步應(yīng)用于航空電池，其電池能量密度達(dá)到300Wh/kg，相比于前代小鵬X2飛行汽車(chē)的190Wh/kg能量密度大幅提升。目前已實(shí)現(xiàn)垂直起降與短途飛行，可滿(mǎn)足6C快充場(chǎng)景，在保證高功率、高快充能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化和安全性能的跨越式提升。
石墨烯航空電池雖已邁出發(fā)展步伐，但要實(shí)現(xiàn)更大的突破和廣泛應(yīng)用，仍面臨諸多挑戰(zhàn)�？蒲腥藛T正在不斷探索和創(chuàng)新，努力提升電池性能，突破能量密度的限制。相信在不久的將來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，石墨烯航空電池將為低空經(jīng)濟(jì)帶來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間，讓我們的低空領(lǐng)域充滿(mǎn)更多的創(chuàng)新活力與無(wú)限可能。
參考來(lái)源：
科技日?qǐng)?bào)：石墨烯航空電池助力低空經(jīng)濟(jì)“高飛”
中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)北京航空材料研究院
小鵬匯天官網(wǎng)、常州日?qǐng)?bào)
譚婧：石墨烯納米復(fù)合材料制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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