美國空軍授予Wright Electric公司開發(fā)無人機(jī)3D打印電池合同，未來可用于電動客機(jī)

2024年8月9日，南極熊獲悉，美國空軍已授予萊特電氣（Wright Electric）公司一份第一階段小型企業(yè)創(chuàng)新研究 (SBIR) 合同，以開發(fā)增材制造 (AM) 高功率輸出可充電電池。該合同于 8 月 7 日宣布，將允許這家總部位于紐約的初創(chuàng)公司探索其先進(jìn)的熱電池技術(shù)在多旋翼無人駕駛飛行器中的應(yīng)用。

萊特電氣公司以開發(fā)兆瓦時級電池而聞名，這種電池每公斤可提供 1,000 瓦時的能量。這些高密度電池專為未來的全電動客機(jī)而設(shè)計，目前在紐約市哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家的支持下，正被改造用于軍事用途。

SBIR 以該公司和哥倫比亞大學(xué)今年早些時候在PROPEL-1K計劃下獲得的 1,499,098 美元 ARPA-E 撥款為基礎(chǔ)。這筆撥款將用于合作伙伴開發(fā)鋁-空氣液流電池，該電池具有可更換的鋁陽極，用于機(jī)械充電。盡管鋁-空氣電池具有高能量密度，但它傳統(tǒng)上面臨著充電性和反應(yīng)產(chǎn)物累積導(dǎo)致的堵塞問題。為了解決這些問題，Wright Electric 采用 3D 設(shè)計而不是傳統(tǒng)的二維平面方法，增強(qiáng)了陽極和陰極之間的接觸。此外，該系統(tǒng)采用循環(huán)電解質(zhì)來防止反應(yīng)產(chǎn)物在電池結(jié)構(gòu)內(nèi)積聚，有效地克服了靜態(tài)鋁-空氣電池的局限性。

△放電鋁-空氣電池示意圖（資料來源：https://www.cei.washington.edu/lesson-plans/aluminum-air-battery/）

這些電池旨在取代美國軍方目前使用的一次性電池。通過利用 3D 打印技術(shù)，Wright Electric計劃生產(chǎn)既可持續(xù)又經(jīng)濟(jì)可行的緊湊型高性能電池。此外，通過內(nèi)部生產(chǎn)電池組件，Wright Electric 可以確保關(guān)鍵國防材料的供應(yīng)鏈更具彈性，減少對外部供應(yīng)商的依賴并降低與供應(yīng)鏈中斷相關(guān)的風(fēng)險。

△Wright Electric 為軍事部署開發(fā)的發(fā)電機(jī)。

Wright Electric 電池工程經(jīng)理 Aaron Rowe 說道：“我們聽到許多航空航天和國防客戶說，他們想要具有極高功率輸出的緊湊型電池。得益于空軍的支持，我們可以邁出新計劃的第一步，提供極其緊湊且具有超高放電率的電池。我們的目標(biāo)不是開發(fā)全新的電池化學(xué)，而是開發(fā)一種工藝，使我們能夠以合理的成本進(jìn)行有限量的特殊電池生產(chǎn)。我們將建造一條能夠非常迅速地適應(yīng)客戶需求的生產(chǎn)線�！�

國防部 (DoD) 越來越關(guān)注提高能源彈性和運營效率。Wright Electric 的可充電熱電池通過 3D 打印增強(qiáng)，為軍方提供超高放電率的高功率可用性，這對于在關(guān)鍵情況下快速可靠地輸送能源至關(guān)重要。與空軍的合作使 Wright Electric 能夠探索其技術(shù)在民航運輸以外的新應(yīng)用，有可能加速其商業(yè)化進(jìn)程并繞過漫長的聯(lián)邦航空管理局 (FAA) 審批程序。

△WrightElectric 已經(jīng)為其計劃中的 2.5 兆瓦電動機(jī)制造了轉(zhuǎn)子，并計劃于今年夏天完成組裝，然后開始地面測試。

如果 Afwerx 項目進(jìn)入第二階段，WrightElectric 將對其 3D 打印電池進(jìn)行廣泛的測試和評估，為全面部署鋪平道路。除了國防應(yīng)用外，Wright Electric 還在推進(jìn) 2.5 兆瓦電動機(jī) WM2500 的研發(fā)工作，該電動機(jī)專為未來的商用客機(jī)而設(shè)計。該電動機(jī)預(yù)計可提供每公斤 16 千瓦的功率密度，適用于渦輪螺旋槳或渦輪風(fēng)扇推進(jìn)系統(tǒng)。

WM2500 的第一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單元的建造已經(jīng)完成，固定定子部件目前正在制造中。Wright Electric 計劃在夏季末組裝該電機(jī)，并計劃在美國宇航局的電動飛機(jī)試驗臺進(jìn)行實驗室測試，以進(jìn)行高空艙評估。

雖然該領(lǐng)域的應(yīng)用主要是航空，但電池和電動機(jī)在現(xiàn)代世界中幾乎無處不在，而且該技術(shù)可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如用于一般民用能源生產(chǎn)。這些兩用技術(shù)要從軍事應(yīng)用轉(zhuǎn)向支持民用工程，只需要在個人、團(tuán)體和社會層面上進(jìn)行意識形態(tài)上的轉(zhuǎn)變。然而，要實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，需要進(jìn)行更難以想象的系統(tǒng)性變革。