中國粉體網訊 2月8日，中國航空發(fā)動機集團北京航空材料研究院（航材院）內一片忙碌景象。當日，石墨烯航空電池研制中試生產線正式開工。這里生產的石墨烯航空電池，將率先應用于混合動力無人機領域，邁出其助力低空經濟發(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。它擁有眾多令人矚目的優(yōu)異性能，如電熱轉換效率高、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，應用石墨烯等新型材料技術制造的航空電池，相比傳統(tǒng)電池有著顯著優(yōu)勢，能量密度能提升50%以上。這意味著，在相同的體積或質量下，石墨烯航空電池能夠存儲和釋放更多的電能，為飛行器提供更強勁、持久的動力支持。
低空經濟與高性能動力電池的緊密紐帶
低空經濟作為新質生產力的代表，已成為培育發(fā)展新動能的重要方向。2024年，各地紛紛出臺具體支持政策和行動方案，其中高性能動力電池的研發(fā)應用被多次提及。
就如同新能源汽車的發(fā)展離不開高性能電池一樣，未來低空經濟的主力場景，如電動垂直起降航空器（eVTOL）與無人機等的規(guī)模化推廣應用，高性能動力電池是關鍵因素。據了解，動力電池成本約占新能源車總成本的30%-40%，由此不難看出，我國航空動力電池市場前景十分廣闊。正因如此，寧德時代、億緯鋰能、中創(chuàng)新航等具備技術優(yōu)勢的動力電池企業(yè)，都敏銳地捕捉到了這一商機，紛紛投身其中，致力于打造低空經濟的“動力源”。
航空動力電池的嚴苛標準
相較于新能源汽車動力電池，航空動力電池面臨著更為嚴苛的要求。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到更高的水平。
其中，能量密度是衡量電池性能的核心指標，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量釋放出的電能，單位為瓦時/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。中國航空運輸協(xié)會發(fā)布的《2023—2024中國民用無人駕駛航空發(fā)展報告》指出，電池續(xù)航問題是當前制約無人機發(fā)展的一大瓶頸。
石墨烯在提升電池能量密度中的關鍵作用
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，而石墨烯憑借其獨特的性能脫穎而出。它導電導熱性能良好，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600Wh/kg的鋰硫電池時，就需要借助石墨烯的高導電和大比表面積特性。
然而，目前市場上航空電池的能量密度距離400-500Wh/kg的門檻仍有一定差距。航材院專家介紹，400Wh/kg是一個重要的分水嶺，達到這一數(shù)值，大概相當于常規(guī)新能源汽車電池的2倍動力，足以支持小型通用飛機的飛行。
飛行汽車賽道迎來"續(xù)航革命"
2024年11月12日，小鵬匯天分體式飛行汽車“陸地航母”在第十五屆中國國際航空航天博覽會上完成全球首次公開飛行。這款計劃于2025年底開啟交付的"陸空兩棲"裝備，得益于石墨烯進一步應用于航空電池，其電池能量密度達到300Wh/kg，相比于前代小鵬X2飛行汽車的190Wh/kg能量密度大幅提升。目前已實現(xiàn)垂直起降與短途飛行，可滿足6C快充場景，在保證高功率、高快充能力的同時實現(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，但要實現(xiàn)更大的突破和廣泛應用，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。科研人員正在不斷探索和創(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，隨著技術的不斷進步，石墨烯航空電池將為低空經濟帶來更加廣闊的發(fā)展空間，讓我們的低空領域充滿更多的創(chuàng)新活力與無限可能。
參考來源：
科技日報：石墨烯航空電池助力低空經濟“高飛”
中國航空發(fā)動機集團北京航空材料研究院
小鵬匯天官網、常州日報
譚婧：石墨烯納米復合材料制備及其在鋰離子電池中的應用進展
（中國粉體網編輯整理/留白）
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