| 新兴的城市空中交通行业的几乎所有参与者都已聚集在使用由锂离子电池供电的全电动飞机来为相对较短的距离创造可负担的空中运输选择的想法上。 但是，一些公司仍在继续发展并倡导在VTOL飞机中使用氢燃料电池，并保持它们比锂离子电池具有先天的优势-主要是在能量密度和寿命方面-并且是最佳选择。 加利福尼亚门洛帕克（Menlo Park）的一家风险投资公司HyPoint展示了一种风冷式氢燃料电池动力总成，该动力总成每千克比功率产生1000瓦，能量密度为每千克530瓦时。创始人兼首席执行官亚历克斯·伊万年科（Alex Ivanenko）表示，这些数字远远超过了未来十年可输出功率可比的锂离子电池的密度，以及丰田汽车Mirai等汽车中使用的液冷燃料电池系统提供的密度。 该公司的下一个产品版本将达到2,000 W / kg的比功率和960 Wh / kg的能量密度。HyPoint预计该系统目前处于原型阶段，预计将在2022年初进行测试，并于2023年实现商业化，价格在每公斤100-500美元之间（如果批量生产的话）。 HyPoint显示的图表将燃料电池系统与其VTOL要求的概念进行了比较。（HyPoint） HyPoint研发部主管谢尔盖·舒本科夫（Sergey Shubenkov）在介绍该公司对城市空中交通的贡献时，“航空运输对[比功率和功率密度都提出了很高的要求。” “锂电池和现有的燃料电池系统都不能满足这两个要求。我们认为，现有液冷燃料电池的改进将使开发人员无法在短时间内克服这些障碍。液冷动力总成的寄生质量太大。” Shubenkov继续说道：“我们发现了如何通过更改燃料电池动力总成的设计来满足航空运输的这两个要求。” “这个想法是通过压缩系统内部的空气来提高风冷燃料电池的输出功率。我们将燃料电池放在空气管道中，在该管道中流通加压，加湿和热稳定的空气……我们将其称为“涡轮增压”风冷燃料电池，该发明将使传统风冷燃料电池的输出功率提高2.5倍而不会增加寄生质量。” 据伊万年科称，HyPoint决定于今年第一季度专注于航空运输市场，并收到了市场上公司的意向书，这些信“确认我们提供了真正的价值”。 很少有以氢为动力源的VTOL飞机开发商。也许最著名的，总部位于马萨诸塞州的Alaka'i Technology推出了其六转子“ Skai”原型机，其巡航速度为118 mph，可为四名乘客和一名飞行员提供400英里的航程。在线调查人员认为，加州莫哈韦附近一架身份不明的垂直起降飞机的照片实际上是丰田公司的氢电项目。 氢驱动的Alaka'i多旋翼飞机Skai的照片。（Akala'i Technologies） Uber是城市空中交通领域最著名的参与者之一，也是开创性的Elevate白皮书的作者，他对氢，混合动力和其他可能性进行了广泛研究，得出了一个坚定的结论，即电池电力是UAM的最佳选择。Uber的八个公开确认的汽车合作伙伴中没有一个使用氢作为动力源。 Uber Elevate航空工程主管Mark Moore对航空电子说：“与需要持续耐久性或续航里程超过100英里的车辆相比，氢燃料电池可以提供比电池更高的比能量。” “但是，满足城市需求的eVTOL飞机仅需要10-60英里的航程。在较短的范围内，燃料电池与锂电池相比在重量方面没有竞争力。” 摩尔补充说，燃料电池的比功率也很差，并且“无法提供eVTOL飞机所需的功率输出。” 正如为无人机系统燃料电池产品提供者Ballard Unmanned Systems业务发展的Forrest Harrington所解释的那样，大多数为飞行而制造的燃料电池系统都与在飞行过程中进行充电的电池结合在一起，以达到起飞和着陆的功率要求。在国际无人机系统协会（AUVSI）提供的网络研讨会期间，从商用无人机的角度出发。 哈灵顿说：“氢燃料电池本身就具有局限性，就像电池一样。” “电池的飞行时间有限，当今的燃料电池的功率密度略低，这在使用中转化为车辆可携带的有效载荷有限，特别是在垂直提升操作中。当我们研究固定翼汽车时，它们的空气动力学性能要比多旋翼汽车高得多，并且耗电量更少，这使其成为燃料电池的理想选择。” 如果HyPoint的涡轮风冷燃料电池能够达到公司宣传的特定功率，则它们可以克服这一缺点，并在垂直提升中得到更大的应用。 伊万年科还向航空电子公司解释说，燃料电池的寿命更长，充电时间更快（以分钟为单位），与Uber的预期相比，电池驱动的VTOL在两次行驶50英里（包括快速充电）后需要半小时才能充电这将导致更高的利用率，大多数UAM倡导者都认为这是提高行业成功率的关键。 但是，将氢气用于UAM的障碍更大：基础设施。氢在整个美国并不普及，与eVTOL面对电池相比，供应链问题甚至更多。而且，将氢安全地运输到城市屋顶是一项艰巨的任务。 摩尔说：“氢燃料不易获得，需要在Skyports现场存储，这对具有现行消防法规限制的翻新结构来说是一个挑战。” “ Uber已经分析了电池，燃料电池和混合电动eVTOL飞机，显然赢家以电池电力最小，重量和成本最低的方式提供了最佳性能。” 至少在目前，资本市场似乎同意优步的结论。Nexa Capital Partners的执行合伙人迈克尔·戴门特（Michael Dyment）告诉航空电子，对电力系统的“绝大部分”投资都集中在电动或混合动力上，这意味着在飞行中使用化石燃料发电；而氢燃料电池很有希望，目前仍是“指日可待”的技术。 氢燃料电池在乘客和货物垂直升降机中可能会有未来的应用，特别是在城市以外的远程运输中。燃料电池也不依赖于制造锂离子电池所需的稀土金属，并且在寒冷环境中的性能明显优于燃料电池。 电池和燃料电池在航空航天中都可能具有经济用途，类似于它们在陆上运输中的作用不断发展。但是目前，下一代用于城市空中交通运输的VTOL飞机可能将完全电动，并由电池供电。 （作者：布莱恩·加勒特-格拉泽 ） |
微信扫一扫
