「陽光動力2號」電池損毀,太陽能環球之旅最終還是輸給了儲能技術嗎?



納尼？！無所不能（caixinenergy）一直關注的「陽光動力2號」太陽能飛機的環球之旅因為電池問題要暫停了？這架太陽能飛機的電池到底出了什麼故障？如何解決？「陽光動力2號」又是如何廣泛「吸金」來解決環球飛行的資金問題的？請看今天的深扒：

【文|Solarlab】7月初，「陽光動力2號」從日本名古屋起飛後，在連續飛行了4天21小時52分鐘後，終於在太平洋正中的夏威夷群島安全降落。

不過，這一次機組成員根本高興不起來，因為在飛行過程中，飛機的電池倉溫度過熱，大家擔心飛機無法安全抵達。雖然飛機沒有自燃或電能耗盡跌入海中，但是經過技師的詳細檢查，最終宣布飛機的電池組受到「不可逆損壞」，餘下的全部行程都將暫停。直到2016年4月，飛機才能完成維修並再次起飛。

消息一經傳出，網友紛紛留言表達失望之情：

看吧...現在飛行目標變成了：「史上時間最長的環球飛行」。這對我來說就是宣告「失敗」，而且任何世界紀錄也彌補不了無法馬上修復飛機的悲傷之情。——coolgunz

橡膠繃帶鬆了麼——DermotB

小子，我很高興自己的F250（一臺複雜的福特大型卡車）換電池比它快！——pilotrockpat

如果一趟「環球之旅」要花三年，還能稱之為世界紀錄嗎？我說，不算——usapatriot1

那麼問題來了，飛機的電池倉中到底發生了什麼，才導致了這次事故？而且竟然要花整整8個月來維修？這一切，還要從太陽能飛機獨特的飛行軌跡講起：

我們都知道，陽光動力2號是一架依靠太陽能供電飛行的飛機，為了保證充分接觸陽光，它每天日出前就必須從1000米的巡航高度爬升至8500米的雲層上方，在吸收陽光、充飽電池之後，再在夜晚下降到空氣阻力更小的低海拔高度，以減少飛行中的能量損失。

這個飛行模式在前面1～2天的短途飛行中效果很好，直到它連續飛5天的時候，不間斷的幾日爬坡飛行，電池滿功率工作，電池倉開始發熱，並且無法有效散熱，最終導致了電池的永久損毀。

說到這裡，我們不得不提一下特斯拉用的電池技術：18650鋰電池。這是一種由鋁製外殼包裹鋰聚合物的電池，它的一個特點就是金屬的外殼更容易散熱，這也是特斯拉的電池溫控技術的核心。

但是「陽光動力2號」因為要控制飛機的總重量，不可能選擇這種大量使用金屬包裝的電池，因此他們尋找到了一種韓國人開發的「軟皮包裝」鋰電池：Pouch pack battery。

這種電池的外皮是一層柔軟的「鋁箔」，而且它可以設計成單體電池更大的「電池包」，這樣就可以有效降低電池的重量和體積。

但是這種電池也有一個明顯的弱點：極容易受溫度和溼度的影響而膨脹失效。為了減少電池的損毀可能，電池的供應商韓國Kokam公司特別研製了一種化學試劑加注到電池中，以減少膨脹和延長電池的使用壽命。

根據電池的官網介紹，他們研製的電池將把這種軟皮電池壽命從500次增加至2000次充放電周期。有了這套電池技術，飛機就可以「輕裝上陣」了。不過，最終證明電池技術的夢魘才剛剛開始...

有很多網友都很好奇，飛機在高空飛行時外部溫度往往低於0℃，怎麼還會有散熱問題？

這個問題問到了點上，飛機的工程師們恰恰是過多的考慮了「軟皮電池」脆弱的外表，擔心高空溫度過低，才為電池穿上了厚厚的一層保護衣。在設計之初，「陽光動力2號」所有的電池倉，都是按照載人的駕駛倉做的保溫層，它可以允許電池在25℃的恆溫條件下工作，但是保溫過多、散熱不夠。連續多日的爬升操作，電池所發熱量根本散不出去，反而燒壞了電池板。

在最新發布的「陽光動力2號」官方信息中，工程師估算有超過一半的電池片都因過熱導致了鋰電池的損毀。

在談到這次電池故障時，「陽光動力2號」的飛行員探險家Bertrand Piccard是這麼描述電池技術的：「電池和人體的細胞極為相似，這也正是它難以捉摸的原因所在。每一塊『陽光動力2號』的電池都包含了70組『軟皮鋰電池』，它們就像人體內的細胞一樣，每一個都不同。它們也像人一樣，不喜歡壓力，極端的冷或熱都會影響它們的工作能力，而且如果前一天工作過度的話，第二天能充入的電能就會略有差別。想像一下，如果前一天你跑了一趟馬拉松，第二天肌肉就會酸痛，工作效率也會大打折扣。這也正是每一塊電池之間產生差別的原因。」因此，掌握和控制每一個「電池細胞」，並沒有表面看上去那麼簡單。多虧了「陽光動力2號」的努力，科學家終於有機會見到了電池跑完「馬拉松」之後的狀況，相信這次環球之旅收集到的數據，能夠幫助他們研發出下一代更好的電池技術。

「陽光動力2號」失敗了嗎？答案很明顯：並沒有，它才剛剛開始！

太陽能大飛機實用嗎？想了解太陽能大飛機的「吸金哲學」，還得先從它的實用價值講起...

我們都知道，為了安裝足夠的太陽能板，「陽光動力2號」的翼展達到了72米，比一架波音747客機的翼展還大。但是它自己的長途運輸，卻還要靠波音貨機來完成。

↑↑↑「陽光動力2號」拆解後裝入波音747貨機↑↑↑

我們來做一道數學題：

1、陽光動力2號，機翼可用面積269m²，安裝轉換率23%的太陽能板後，每天可收集340Kwh的電能，這些電能僅夠搭載1名駕駛員飛行。2、波音747客機，機翼可用面積500m²，如果安裝同樣的太陽能板，收集的能量最多夠搭乘2人。就算未來轉化率達到50%，也只能搭載4人，連一個機組都不夠！要知道現在波音747客機的載人量可是300人啊，真靠太陽能完全提供飛機的動力恐怕一百年也做不到。

所以從一開始，有很多網友就在吐槽，說「陽光動力2號」完全沒有實用價值。但是真金白銀支持環球之旅的大財團們可不這麼看，要知道他們可是以逐利為第一要義的，那麼他們到底關心的是什麼呢？

首先不得不承認，太陽能飛機進行環球之旅的確是一個科技成果的試驗場。在背後支持這個項目的共有12家大型財團，他們分別掌控著世界上能源、航空技術、化工原料等最重要領域，有了這樣一趟環球之旅，他們的技術可以接受現實環境的檢測。其次這還是一個巨大的品牌推廣的機會，印在飛機上的大LOGO會在世界各地最高大上的場合露面。

但是僅僅如此，我們也未免太小瞧這些大財團的智商了。在一次採訪中，這次飛行的發起人、探險家Bertrand Piccard說走了嘴：「一開始我們的目的就不是載人飛機，而是太空無人機。」

此語一出，問題豁然開朗。

這是一架由前英國國防部研發的無人機，叫做Zephyr（名字取自希臘神話中的西風之神）。它完全由太陽能驅動，現在已經被全球最大的飛機製造商Airbus公司收購。

這項技術之所以重要，是因為它很可能取代昂貴的繞地衛星，作為地面通訊的基站。現今製造一顆衛星的成本約在2億-4億美元之間，而一枚大力神4火箭的成本為2.5億-3億美元。也就是說，發射一顆衛星，少說也需要5億美金。而且它還只能按固定的路線環繞地球飛行，不能做到「哪裡需要去哪裡」。但是Zephyr這樣的太陽能無人機則不同，它成本低廉，貼近地表飛行，運營區域可控，而且最為重要的是，可以依靠太陽能常年滯留空中。因此載人太陽能飛機其實僅僅是為了測試輕量化飛機的技術，並同時近距離在空中監測飛機運行狀態，它是未來無人機的鋪路石。財團們才不會製造太陽能載人商用客機，他們緊盯的是無人機替代衛星這一巨大的市場。

而要佔領這一巨大市場，重要的不是飛機製造技術，甚至也不是電池技術，而是實打實地拼太陽能板科技水平。

要想讓飛機繞地飛行，必須儘量減輕太陽能板自身的重量，並同時提高它的能量轉化率。傳統的太空光伏電池板雖然轉換效率最高可達30%，但是它既厚重又昂貴，不適合無人機的應用。

Zephyr的工程師則藉助無人機的研發經驗，開發出了新型的電池板。這種電池板比紙片還薄，同時還可彎曲。

把這種太陽能「薄片」貼在機翼上，既能減輕無人機的自重，又不用擔心機翼弧度影響太陽能板的外型，其商業價值可見一斑。

現如今各大跨國科技公司都在加緊研發各自的技術，像Google和Facebook這樣的公司也都分別公布了地面無人機計劃。但是實驗室數據是一碼事，實地應用的考驗則是另一碼事。而且考慮到國際政治和科技保密的因素，目前還沒有哪個國家敢在別國進行飛行試驗。這時站出來的「太陽能飛機環球旅」就正中大財團的下懷。各家公司既能在全球不同的氣候條件下驗證自己的技術，又能冠冕堂皇的收穫「環保」的美譽，何樂而不為？

況且，一旦試驗成功，大家都能從未來太陽能無人機的市場中分享利潤。而這，才是現如今各大財團趨之若鶩的真正原因。怎麼樣，「陽光動力2號」的吸金術你看懂了嗎？

本文經授權轉載自微信公號Solarlab（微信：solarlabie），未經許可不得擅自轉載

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