3000次循环锂电系统：高轨卫星实现15年超长寿命的秘诀

电子发烧友网报道（文/黄山明）1884年，一位法国工程师Charles Renard发明了锌-氯液态电池，用作军用飞艇“La France”的动力源。这是储能电池在航空领域的早期尝试，尽管该电池整体重量435kg，占飞艇总重的35%，存在重量庞大、效率低下等问题，但为后续储能电池在航空领域的发展奠定了一定基础。

到了1973年，美国航空航天局（NASA）开始对液流电池进行研究，用于月球基地的太阳能储电系统。1974年，NASA科学家L.H.Thaller以FeCl₂和CrCl₃作为正负极活性物质构建了全球第一款具有实际意义的液流电池模型。此后，液流电池技术不断发展，但主要集中在太空探索等航空相关的研究领域。

近年来，随着电动航空的兴起，对储能电池的需求和要求不断提高。2024年6月，美国电力推进系统开发商MagniX公布了其为航空应用生产一系列新型Samson电池的计划，预计将提供300Wh/kg的能量密度，使用寿命超过1000次全深度放电循环。

过去NASA曾长期使用镍氢电池（NiH2），因其寿命长、稳定性好而适合太空环境。然而，随着技术进步，锂离子电池也在逐步被应用于太空任务中，尽管其面临着更高的安全和技术挑战。

由于锂电池的比能量高达125wh/kg，远远高于目前应用的镍氢电池60wh/kg的比能量，对于一颗20kw功率的高轨道卫星，采用锂电池组代替氢镍电池组，电池组的重量可以节约300kg以上。

因此，欧空局（ESA）从1996年就开始评估锂离子电池在STENTOR高轨卫星平台，上应用的可行性，2003年Astrium已完成了锂电池在EUROSTAR3000平台上应用的综合评估；2004年3月发射的W3A卫星是国际上第一颗采用锂离子电池的高轨道卫星，此后，Amazonas、Hotbird8、Skynet5A、Skynet5B、SyracusemA、SyracuseIB等高轨道卫星均采用了锂离子电池作为储能电源。

太空中的储能电池

由于太空的环境相比地表更加严苛，因此针对储能电池的要求也会更高。其核心要求便是高能量密度与轻量化，而固态电池能够适配卫星和深空探测器长期能源需求。并且太空任务通常需要电池具有较长的使用寿命，因为维修或更换电池的成本非常高昂，甚至在某些情况下是不可能的。

同时，太空中温度极端、处于真空环境，面临辐射暴露，这些都需要解决。更重要的是，由于太空中的特殊环境，电池的安全性至关重要。

针对这些新型要求，目前有牛津大学研发的锂硫电池实现‌700Wh/kg‌实验室数据，重量较锂离子电池降低‌30%‌，可用于低轨卫星星座。而NASA新型电解液支持‌-60°C-150°C‌运行（如Artemis月球基地储能系统），耐辐射设计保障深空任务可靠性。SpaceX Starlink卫星则采用‌超级电容+锂电混合储能‌，支持瞬时大功率载荷供电。

中国电科第18研究所经过多年研究，攻克了锂离子蓄电池应用于高轨卫星的系列技术难题。研制的锂离子蓄电池全充、全放循环寿命超过3000次，完全满足高轨卫星15年的寿命需要。该电池系统还具有长寿命、高可靠、轻量化、小型化等特点，适用于高轨卫星。

同时，飞轮储能技术在卫星领域也有应用。例如，某央企集团与泓慧能源合作开发的单体5MW级飞轮储能系统，可应用于航天电磁发射（卫星等）领域。飞轮储能技术具有高功率密度、长寿命、高可靠性等优点，适用于需要快速充放电的场合。

小结

航空航天储能电池正向‌超高能量密度、极端环境适配、多能源混合‌方向发展，固态电池与锂硫技术成竞争焦点。2025年，民用电动航空与太空基建需求将驱动市场规模突破120亿美元‌，但安全认证与降本仍是产业化关键。‌‌‌‌