在新興的城市空中交通行業(yè)，幾乎所有的參與者都集中在使用全電動飛機的想法上，這種飛機由鋰離子電池提供動力，為相對較短的距離提供價格合理的空中交通選擇。

但是一些公司繼續(xù)開發(fā)并提倡在垂直起降飛機上使用氫燃料電池，堅持認為氫燃料電池比鋰離子電池具有先天優(yōu)勢——主要是在能量密度與壽命方面——是更好的選擇。

加州門洛帕克（Menlo Park）的一家風險投資公司HyPoint展示了一種氣冷氫燃料電池動力系統(tǒng)，它的能量密度為每公斤530瓦時，每公斤可產生1000瓦的特定功率。據公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官亞歷克斯?伊萬年科（Alex Ivanenko）稱，這些數字遠遠超過了未來10年同等功率輸出的鋰離子電池的密度，以及豐田Mirai等汽車使用的液冷燃料電池系統(tǒng)的密度。

該公司的下一個版本的產品將達到2000W/kg的特定功率和960Wh/kg的能量密度。目前處于原型階段，HyPoint預計該系統(tǒng)將在2022年初投入測試，并在2023年商業(yè)化，價格在每公斤100-500美元（如果批量生產的話）。

HyPoint研發(fā)主管謝爾蓋?舒本科夫（Sergey Shubenkov）在介紹該公司對城市空中交通的貢獻時表示：“航空運輸對（特定功率和功率密度）都有很高的要求。無論是鋰電池還是現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)都不能滿足這兩個要求。我們相信，現(xiàn)有液冷燃料電池的改進將不會讓開發(fā)者在短時間內克服這些障礙。液冷動力系統(tǒng)有太多的附加重量。”

“我們發(fā)現(xiàn)可以通過改變燃料電池動力系統(tǒng)的設計來滿足航空運輸的兩個需求，”舒本科夫繼續(xù)說。這個想法是通過壓縮系統(tǒng)內部的空氣來提高空氣冷卻燃料電池的輸出功率。我們將燃料電池置于風道內，在風道內進行加壓、加濕和熱穩(wěn)定空氣循環(huán)……我們將這一發(fā)明命名為“渦輪空冷”燃料電池，它將傳統(tǒng)空冷燃料電池的輸出功率提高了2.5倍，而不會增加重量。

根據其說法，HyPoint在今年第一季度做出了將重點放在航空運輸市場的決定，并收到了來自該市場公司的意向書，“確認我們提供了真正的價值，”他說。

將氫作為動力來源的垂直起降飛機研發(fā)者并不多。總部位于馬薩諸塞州的Alaka ‘ i Technology公司或許是最知名的一家，該公司發(fā)布了一款六旋翼“Skai”原型機，其巡航速度為118英里每小時，可搭載4名乘客和1名飛行員飛行400英里。網上調查人員認為，加州莫哈韋附近一架身份不明的垂直起降飛機的照片，實際上可能是豐田公司的一個氫動力項目。

優(yōu)步（Uber）是城市空中交通領域最著名的參與者之一，也是開創(chuàng)性的《提升（Elevate）》白皮書的作者。它對氫燃料、混合動力和其他可能性進行了廣泛的研究，得出了一個堅定的結論：電池動力是UAM的最佳選擇。優(yōu)步的8個公開確認的車輛合作伙伴中，沒有一個使用氫作為動力源。

優(yōu)步（Uber）的航空工程總監(jiān)馬克·摩爾（Mark Moore）告訴航空電子設備公司（Avionics）：“氫燃料電池比電池提供的能量更高，在需要持續(xù)續(xù)航力或行駛里程超過100英里的車輛上。然而，滿足大都市需求的eVTOL飛機只需要10-60英里的航程。與鋰電池相比，燃料電池在這些較短的續(xù)航里程下，在重量方面并沒有競爭力。”

摩爾補充說，燃料電池的比功率也很低，“無法提供eVTOL飛機所需的輸出功率。”

正如為無人機系統(tǒng)燃料電池產品提供者Ballard Unmanned Systems業(yè)務發(fā)展部門的福里斯?哈林頓（Forrest Harrington）所解釋的那樣，大多數為飛行而制造的燃料電池系統(tǒng)都與在飛行過程中進行充電的電池結合在一起，以達到起飛和著陸的功率要求。

“氫燃料電池本身就像電池一樣有局限性，”哈林頓說。“電池的續(xù)航時間有限，目前燃料電池的功率密度略低，這意味著載具的有效載荷有限，尤其是在垂直提升的過程中。當我們觀察固定翼飛機時，它們比多旋翼機有更高效的空氣動力學，消耗更少的能量，這使它們成為燃料電池更理想的候選者。”

如果HyPoint公司的“渦輪空冷”燃料電池能夠達到該公司所宣傳的特定功率，它們可能會克服這一缺點，在垂直提升方面起到更大的作用。

伊萬年科還向航空電子公司解釋說，燃料電池的壽命更長，充電時間更快（以分鐘為單位），與優(yōu)步（Uber）的預期相比，電池驅動的VTOL在兩次行駛50英里（包括快速充電）后需要半小時才能充電完畢，這將導致燃料電池更高的利用率，大多數UAM倡導者都認為這是提高行業(yè)成功率的關鍵。

但是在UAM中使用氫還有一個更大的障礙：基礎設施。在美國，氫燃料并不容易獲得，其供應鏈問題甚至比eVTOLs所面臨的電池問題還要多。此外，將氫氣安全運輸到城市屋頂是一項艱巨的任務。

摩爾說：“氫燃料不容易獲得，需要在機場現(xiàn)場儲存，這對現(xiàn)有的消防法規(guī)限制是一個挑戰(zhàn)。優(yōu)步分析了電池、燃料電池和混合動力eVTOL飛機，顯然，電動電池以最低的重量和成本獲得了最佳性能。”

資本市場似乎同意優(yōu)步的結論，至少目前是這樣。Nexa Capital Partners的執(zhí)行合伙人邁克爾·戴門特（Michael Dyment）說，電力系統(tǒng)“絕大多數”的投資重點是電動或混合動力——這意味著在不得不在飛行中使用化石燃料發(fā)電；而氫燃料電池很有希望，目前仍是“指日可待”的技術。

氫燃料電池未來可能會在客運和貨運垂直升降飛機中得到應用，特別是在城市外的長途運輸中。燃料電池也不依賴于制造鋰離子電池所需的稀土金屬，在寒冷環(huán)境下的表現(xiàn)也明顯優(yōu)于鋰離子電池。

鋰電池和燃料電池可能在航空航天領域擁有各自較為經濟的應用，類似于它們在地面運輸各領域中的不斷發(fā)展。但就目前而言，用于城市空中交通的新一代垂直起降（VTOL）飛機很可能是全電動的，由充電電池供電。

責任編輯：gt