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Amprius公司验证高能电池的快速充电能力

时间:2021-12-10 18:41来源:编译 颜思铭 国际航空 作者:通用航空


       城市空中交通(UAM)的最终愿景是实现高频次的运营,以实现便捷且成本可负担的公共交通方式。对此,eVTOL飞行器的开发商正在寻找能够提供高能量密度、高功率密度、高循环寿命,且充电更快速的电池。


       当然,同时在电池中实现上述所有特性是一项艰巨的挑战,迫使飞行器开发人员在各种指标间进行权衡。


       现在,电池开发商Amprius Technologies公司表示,独立测试表明其硅阳极锂离子电池结合了快速充电能力和高能量密度,并使用硅纳米线来克服硅阳极的循环寿命问题。
 


       在测试中,硅纳米线电池在6分钟内从0充电至80%,Amprius表示这超过了“美国先进电池联盟”期望在2025年达到的“在15分钟内充电至80%”的目标。

       Amprius公司的电池用硅代替石墨阳极,因为硅吸收锂离子的能力石墨是10倍。但是,被当作阳极的硅在充满锂时会大量膨胀,并在几个充电周期内破裂,从而使电池寿命极低。对此,Amprius公司通过使用嵌入在基板中的微细硅线克服了这一问题。这些纳米级别的硅线可以使阳极元件在不破裂的情况下伸长,从而延长了电池的循环寿命。

       Amprius表示,其100%硅阳极电池的能量密度可以达到400~500Wh/kg,输出功率很高,且循环寿命达200~700次。虽然这比电动飞机行业所期望的寿命至少为1000次循环要少很多,但这类电池已经可以商用。在充电测试中使用的量产版电池的能量密度为370Wh/kg,虽然不如前述的理论数字,但已经远超过当前锂离子电池的270Wh/kg。

       根据Amprius的数据,硅碳复合阳极的电池的能量密度为280~350Wh/kg,其充电到80%要超过10分钟,寿命为200~1000次循环。锂金属电池的能量密度为350~450Wh/kg,虽然能量密度更高,但充电到80%需要5小时以上,并且寿命少于100次循环。
 


       0~80%的充电速率指标与电动汽车和微型移动设备的市场最为相关,但是电动飞机开发商不打算将电池状态降至20%以下以免损坏电池,相比之下他们希望在运营时飞机电池的电量能维持在60%~80%,以实现快速周转。对此,Amprius测试的充电曲线显示,其电池从70%充电至90%的时间大约为5分钟。


       在市场上,Amprius的电池已为空客“西风”(Zephyr)太阳能无人机提供储能设备。在11月,Kraus Hamandi Aerospace公司从Amprius订购了能量密率为405Wh/kg的电池,用于其续航力26小时的K1000LE Group2无人机。

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