还记得电影《第五元素》里于空中灵活穿梭的飞行汽车么？一直以来，能坐上充满赛博朋克风的陆空两栖飞行器是很多人的梦想，自动驾驶技术的出现更是让这个梦想越来越近。当然，除了满足人们一飞冲天的愿望，两栖飞行器还是解决大城市交通拥堵问题的潜在方案。
不过由于其陆空两用模式，飞行汽车对其电池性能有着极高的要求。作为核心技术，电池是也是飞行汽车商业化能否成功的关键。
近日，美国宾州大学电化学发动机中心王朝阳团队研发出更加适用于垂直起降飞行器（eVTOL）的热调控电池，相关成果于6月7日发布在《焦耳》(Joule) 杂志上。
论文指出，目前市场上的动力电池可以满足垂直飞行器的部分性能要求，但十分有限。如日本 SkyDrive SD-03 概念飞车，在满电续航的情况下只能维持 5-10 分钟。对此论文作者王朝阳称：“我认为，垂直起降飞行器可以节省大量时间，提高生产率，并打开交通运输的空中走廊。但它对电池的要求很高，很有挑战性。”
具体来说，飞行汽车的电动电池需要克服高能量密度、高功率密度、快速充电、长循环寿命和高安全性等多个方面的问题。而最具挑战性的是，这些内在需求有时会相互矛盾。“高能量密度会降低充电速度，而快速充电通常会减少充电周期。” 王朝阳解释到。
研究人员表示，飞行汽车的电池需要有非常高的能量密度，这样才能在空中停留。而且在起飞和降落时也需要非常大的动力。重量也是需要考虑的一个因素，因为飞行器始终携带着电池飞行。以目前的锂电池技术，即使使用现有能量密度 300Wh/kg 的 NCM 811 三元锂电池，电池组重量也会达到 48kg。而这对于垂直飞行器来说实在是太重了。
此外，由于需要在空中悬停和降落，垂直起降飞行器的电池必须始终保持一定的安全电量，不能在空中完全放电。这与手机电池完全不同，因为手机电池在充分放电和充电的情况下工作效果最佳。以美国为例，目前官方还没有关于垂直起降飞行器最低备用电量的官方规定，但电池的荷电状态绝不能小于 10%。研究人员表示，为了安全，电动飞行汽车在降落后必须仍然保有 25%~40% 的电量。
所以其快充必须要在高剩余电量的基础上实现，难度要比零电量的手机电池快充大很多。
不过，研究团队研发的新型热调控电池，解决了这些属性之间的矛盾，而且可以同时照顾到多种功能需求。研究人员表示，他们发明的新型电池基于热调控原理，在电芯里埋有一片10微米的镍箔作为发热体，然后利用电池自身的能量极速加热电芯，调节温度来实现电池无损伤快充和提供输出大功率。
论文显示，研究人员使用镍箔加热电池，使其迅速达到 60 摄氏度（140 华氏度）。高温快充可避免电池析锂，缩短电池在高温工作的时间，并且可避免电池材料的过快老化。而且，加热电池也可以快速释放电池中的能量，以保证起飞和降落。
在真实飞行条件下，快速充电需要同时满足三个指标：充电时间少于换乘时间 (5-10 分钟)，充电能量足以满足下一次出行，以及较长的循环寿命。
为此，研究人员开展了电动飞行汽车场景下的快充循环实验，每个循环包括一次热调控快充和一次模拟 80 公里飞行距离的放电。实验显示，对于一款 215Wh/kg 的电池，热调控技术可在 5 分钟内充满 80 公里飞行距离所需的能量，且电池寿命可达到 3800 循环。对于另一款更高能量密度（271 Wh/kg）的电池，热调控可实现 10 分钟充电，且寿命达到 2000 循环。