自2010年開(kāi)始,關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)元年到來(lái)的預(yù)測(cè)就沒(méi)有斷過(guò),但續(xù)航低、充電慢等問(wèn)題一直得不到解決。日前,電池終于有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,這些電池技術(shù)會(huì)徹底治好你的續(xù)航焦慮癥,充滿一次電至少跑2000公里,真香!
說(shuō)起“電池”一詞你最先想到哪個(gè)品牌?不少人會(huì)想到三星。三星Galaxy Note7上市一個(gè)月就發(fā)生了三十多起電池爆炸和起火的事故,吹了三四年的石墨烯電池至今也沒(méi)能量產(chǎn)。自2010年開(kāi)始,關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)元年到來(lái)的預(yù)測(cè)就沒(méi)有斷過(guò),但續(xù)航低、充電慢等問(wèn)題一直得不到解決。直到最近的幾個(gè)月時(shí)間,電池終于有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,各品牌各研發(fā)團(tuán)隊(duì)可謂“八仙過(guò)海各顯神通”,這些電池技術(shù)會(huì)徹底治好你的續(xù)航焦慮癥,充滿一次電至少跑2000公里,真香!
1.超級(jí)快充——石墨烯電池
石墨烯是一種由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料,以其優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性被稱為革命性材料。5月13日,廣汽新能源對(duì)外宣稱,基于三維結(jié)構(gòu)石墨烯(3DG)材料的“超級(jí)快充電池”將在年底搭載于實(shí)車(chē)上,并由廣汽新能源Aion車(chē)型使用相關(guān)技術(shù)成果。
廣汽新能源早在2014年便開(kāi)啟了對(duì)石墨烯技術(shù)的研發(fā),6年間逐步掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備和應(yīng)用技術(shù),現(xiàn)已完成電芯、模組、電池包樣件的測(cè)試工作。在實(shí)車(chē)測(cè)試中,石墨烯電池僅需8分鐘就可以將空電池充電至85%,且電池壽命和安全性均已達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。希望廣汽新能源能夠說(shuō)到做到,將這一久違的黑科技盡快投入量產(chǎn)。
2.獨(dú)特結(jié)構(gòu)——刀片電池
3月29日,比亞迪發(fā)布了一款結(jié)構(gòu)獨(dú)特的“刀片電池”,王傳福在發(fā)布會(huì)上表示:“‘刀片電池’將把‘自燃’這個(gè)詞從新能源汽車(chē)的字典里徹底抹掉。”顧名思義,刀片電池讓電芯像“刀片”一樣堆疊在電池包里面,使得空間利用率比傳統(tǒng)電池提高了50%左右,雖為磷酸鐵鋰電池,卻在續(xù)航里程上比肩三元鋰電池。此外,“刀鋒面”擁有與生俱來(lái)的超高強(qiáng)度,不容易發(fā)生彎折。
關(guān)于刀片電池不會(huì)自燃這一優(yōu)點(diǎn),通過(guò)一組針刺試驗(yàn)便可直觀了解。目前應(yīng)用最廣泛的三元鋰電池,在鋼針刺穿后表面溫度瞬間超過(guò)500℃并開(kāi)始劇烈燃燒;而續(xù)航稍弱、穩(wěn)定性更高的傳統(tǒng)磷酸鐵鋰塊狀電池,針刺之后雖無(wú)明火但有煙,表面溫度也達(dá)到了200℃-400℃。而刀片電池在在針刺后無(wú)明火、無(wú)煙,電池表面溫度維持30℃-60℃左右,就連放置在表面的雞蛋也絲毫無(wú)損。刀片電池已經(jīng)隨著比亞迪漢在歐洲首發(fā),并將于6月在國(guó)內(nèi)上市。
3.價(jià)格親民——無(wú)鈷電池
相比于鋰離子電池中的其他元素而言,鈷(Co)元素是非常短缺的,鈷價(jià)更是在2017年便突破了40萬(wàn)元/噸天際。所以在保證電池穩(wěn)定性的情況下,用的鈷越少,成本也就越低,而目前市場(chǎng)上所看到的811(鎳、鈷、錳(鋁)元素比例為8:1:1)三元鋰電池的配比已經(jīng)是極限。今年2月,特斯拉透露了將使用無(wú)鈷電池的消息,立馬造成了鈷材料市場(chǎng)股價(jià)的大跌。5月11日寧德時(shí)代也明確表示,將對(duì)特斯拉供貨并將合作擴(kuò)展至海外,正在自主研發(fā)無(wú)鈷電池等。
事實(shí)上早去年7月9日,蜂巢能源召開(kāi)的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上便已發(fā)布了“全球首款NMx無(wú)鈷電池”。目前蜂巢能源的無(wú)鈷材料已完成百公斤級(jí)試產(chǎn),采用該無(wú)鈷材料的電芯產(chǎn)品同步開(kāi)發(fā)中,能量密度達(dá)到240-245Wh/kg。此外,蜂巢能源還采用了疊片式的電芯形狀和結(jié)構(gòu),使得能量密度提升5%、循環(huán)壽命提升10%、成本降低5%。蜂巢能源將在5月18號(hào)舉辦名為《無(wú)鈷,芯未來(lái)》的線上發(fā)布會(huì),非常值得期待。
4.加倍儲(chǔ)能——鋰硫電池
車(chē)用動(dòng)力電池的平均能量密度只有200Wh/kg,達(dá)到240Wh/kg則算得上是極高了,在這一瓶頸多年無(wú)法突破之后,鋰硫電池出現(xiàn)了。2018年10月,日本海軍“蒼龍”級(jí)潛艇“應(yīng)龍”號(hào)服役,以柴油機(jī)+鋰硫電池為動(dòng)力,其中鋰硫電池能量密度驚人地達(dá)到了500wh/kg。該潛艇裝載電量近1萬(wàn)度,擁有復(fù)合散熱技術(shù),鋰硫電池具備快速充放電功能,是全球首款“新能源技術(shù)軍用化”的潛艇。值得一提的是,該潛艇核心技術(shù)全部是由豐田、湯淺、東芝、三菱等供應(yīng)商提供的,與新能源技術(shù)民用化有著不可分割的關(guān)系。
來(lái)自英國(guó)的OXIS能源公司近日宣布,將與巴西的開(kāi)發(fā)公司CODEMGE一起合作,在巴西建立世界上第一座鋰硫電池工廠。按照OXIS能源公司的計(jì)劃,第一階段租用約20,000平方米的土地,實(shí)現(xiàn)每年生產(chǎn)500萬(wàn)個(gè)鋰硫電池,每年總產(chǎn)能或不超過(guò)幾百兆瓦時(shí)。OXIS能源公司表示,所生產(chǎn)的鋰硫電池能量密度將不低于400 Wh/kg,目標(biāo)應(yīng)用包括航空、國(guó)防、電動(dòng)汽車(chē)和船舶等。
鋰硫電池的理論能量密度可以超過(guò)1000Wh/kg,若技術(shù)成熟后大規(guī)模搭載于民用汽車(chē)上,2000公里的續(xù)航里程也是非常容易達(dá)到的。
5.全新工藝——鈦、錳顆粒研磨制作電極
在目前的大部分研究中,往往都是通過(guò)新化學(xué)元素或新結(jié)構(gòu)獲得更好的電池,但很少有人想到生產(chǎn)工藝不僅可以提高效率,更能代替電極中的鈷和鎳。近日,日本橫濱國(guó)立大學(xué)研究人員在一個(gè)看似簡(jiǎn)單的銑削過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了全新的結(jié)論。
目前所使用的電池的最大問(wèn)題是交換速度太慢,研究人員意識(shí)到粒子的大小可能是原因之一,因此決定通過(guò)機(jī)械工藝將鈦和錳顆粒研磨成納米級(jí)。用這些納米級(jí)粒子制成的電極展現(xiàn)出了極強(qiáng)的電子和鋰離子交換特性,有助于電池容納并配送更多的電荷,同時(shí)對(duì)電池壽命也沒(méi)有負(fù)面影響。研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人藪內(nèi)直樹(shù)教授表示:“鈦和錳都是豐富的元素,這意味著我們可以做到更高的成本效益,而無(wú)需用當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)所用的鎳和鈷離子以及用這些元素制成的高性能電極材料?!?/p>
如果鈦和錳真能有效地替代電池中的鈷和鎳,將極大地降低電池原料的供應(yīng)壓力,希望這項(xiàng)研究可以順利進(jìn)行。
6.自然環(huán)?!K姵?/p>
目前全球主要的鋰金屬原材料都是從富含鎂和鉀的鹽水中提煉出來(lái)的,而鋰鹽的過(guò)濾和提純則需要耗費(fèi)大量水資源。含有有毒化學(xué)物質(zhì)的鋰礦廢水會(huì)重新滲透到生活用水系統(tǒng)當(dāng)中,影響地下水、農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲用水資源等,鈷、鎳等重金屬所帶來(lái)的危害則更大。
不久前,IBM的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了一種全新的電池,這種電池的主要成分是海水中的礦物質(zhì),不僅原材料容易獲取,更不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。在IBM目前的測(cè)試中,空電池只需不到5分鐘就能達(dá)到80%的充電狀態(tài),再加上原材料價(jià)格相對(duì)較低,快速充電、低成本電動(dòng)汽車(chē)的目標(biāo)將有可能通過(guò)這種全新的電池實(shí)現(xiàn)。IBM表示,目前已經(jīng)開(kāi)始與包括梅賽德斯-奔馳在內(nèi)的其他幾家公司合作推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。除了環(huán)保以外,這一技術(shù)同樣有助于消除電池生產(chǎn)中對(duì)重金屬的依賴,有著巨大的潛力。
7.“真”新能源——?dú)淙剂想姵?/p>
電池只是一種儲(chǔ)能技術(shù),它所儲(chǔ)存的電力仍然來(lái)自現(xiàn)有電網(wǎng)。如果發(fā)電廠的電力源頭不是來(lái)自清潔能源(水電、風(fēng)能、核能等)而依然是火電的話,電動(dòng)汽車(chē)相較于燃油汽車(chē)其實(shí)只是換了一種排放形式而已。而如果非要將電池叫做“新能源”的話,那么目前似乎只有氫燃料電池?zé)o愧于這一稱呼。氫燃料電池不存在排放問(wèn)題,氫氣和空氣中的氧氣在相對(duì)低溫的環(huán)境下完成反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物只有水,效率能夠達(dá)到60%以上,且加滿氫僅需4分鐘左右與燃油車(chē)無(wú)異。
寶馬在2011年與豐田共同簽署了合作備忘錄,2013年開(kāi)始攜手研究氫燃料電池技術(shù)。2019年,寶馬在法蘭克福車(chē)展上正式發(fā)布了基于X5打造的i Hydrogen NEXT車(chē)型,該車(chē)采用氫燃料電池作為動(dòng)力系統(tǒng),更是對(duì)寶馬與豐田合作成果的展示。不久前,寶馬公布了i Hydrogen NEXT的動(dòng)力總成,集成式電驅(qū)單元來(lái)自現(xiàn)有的寶馬第五代eDrive,續(xù)航里程將不亞于豐田Mirai的483km。
有預(yù)測(cè)表明,2020年底全球加氫站保有量將超過(guò)435座,2025年則有望超過(guò)1000座,氫燃料電池也許才是最終勝出的那一個(gè)“真”新能源。
看完這一系列的研究成果,特別是出身軍工能跑2000公里的鋰硫電池之后,相信許多和我一樣原本戴著“有色眼鏡”的朋友們,可能會(huì)對(duì)汽車(chē)電動(dòng)化這個(gè)趨勢(shì)重拾一些信心。2020年能否成為電動(dòng)汽車(chē)元年?讓我們拭目以待。