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助推電動汽車發展 電池技術急需創新

鉅大LARGE  |  點擊量:95次  |  2020年07月08日  

摘要
電動汽車無法成為主流汽車的原因有很多,然而其中一個問題是可以肯定的:就是過于昂貴的電池。美國能源部最近估計,電動汽車和混合動力汽車若想和燃氣驅動汽車競爭,那么電池的價格要降低50%-80%。要達到這個數字,可

電動汽車無法成為主流汽車的原因有很多,然而其中一個問題是可以肯定的:就是過于昂貴的電池。


美國能源部最近估計,電動汽車和混合動力汽車若想和燃氣驅動汽車競爭,那么電池的價格要降低50%-80%。要達到這個數字,可能要發明全新品種的電池,不過,通過改進驅動當前電動汽車的鋰離子電池,從而來實現這一目標的可能性也很大。


到2015年,美國將可能生產出用于50萬輛電動汽車的電池組。然而今年,由于昂貴的價格,插電式混合動力汽車的銷量還不及上述數字的十分之一。這導致美國先進的電池制造商陷入困境。A123系統公司倒閉。陶氏化學(Dow)表示,它的電池合資公司陶氏柯卡姆公司(DowKokam)的業績也大幅下降。此外,意在為雪佛蘭沃特(ChevroletVolt)供應電池的樂金化學(LGChem)廠已經建成,但廠正在閑置,等待供貨需求的上升。


電動汽車的運行成本要比燃氣汽車低,但是這點價格優勢與其昂貴的電池相比就顯得微不足道。為雪佛蘭沃特供應的電池組要8000美元,為尼桑聆風供電的大電池組要12,000美元。


麥肯錫最近的一項研究表明,到2025年,僅僅通過電池生產規模的提升,以及由競爭導致的元器件成本下降,還有鋰離子電池能量密度的加倍(這會讓材料成本降低),聆風電池的成本可能會下降到低于4000美元。


創業公司EnviaSystems已經完成了鋰離子電池單元的樣機,這種電池的存儲容量大約是傳統鋰離子電池的兩倍,并且它還能實現幾百次的反復充電。關鍵的是,這種電池和傳統電池很相似,可以在現有的生產設備上生產。公司表示,這項技術還要繼續探索,要想真正使用在電動汽車中,還要二到三年的時間。


戴爾豪西大學(DalhousieUniversity)的鋰離子電池研究人員杰夫。達恩(JeffDahn)表示,在聆風和沃特中使用的特殊扁平型的鋰離子電池是使用最新的先進設備生產出來的,這種生產設備的生產速度相比較較慢。更為傳統的柱狀鋰離子電池因為使用了更快的生產設備,并大規模地提高生產水平,成本大概只是上述電池的一半。達恩(Dahn)還補充道,很多元器件成本過高,例如電池中用于分離電極的塑料薄膜。你不能說這些分離元器件成本降不下來。


并不是每個人都認同通過降低鋰離子電池的成本來達到電動汽車可以和燃氣汽車競爭,豐田就是其一。他們正在研究針對電池設計更為激進的改變。一種可能就是正在研究的用固態材料取代傳統鋰離子電池中的液體電極,這種改變可以使電池的系統設計化繁為簡,降低成本。來自豐田的消息稱固態電池和其他的技術可以縮減電池組尺寸的80%。Sakti3是一個正在起步并和GM有密切關系的公司,他們也在致力發展固態電池。CEO安馬里塞斯里(AnnMarieSastry)說道就在最近,他們開始移交用于測試的電池樣機給潛在客戶了。


24M位于馬薩諸塞州的劍橋,是一家處于初始階段的創業公司。他們正采用一種不同的方式:并非使用整體固態電池,而是研發用于連接鋰離子電池和燃料動力電池的通道,通過電泵輸送泥狀液體,充當電池的電極。儲能材料可以存儲在廉價的容器中,然后用泵輸送到小型設備中用于發電。


這樣的設計固然新奇,然而固態電池和24M的技術還是基于已被熟知的鋰離子化學原理。比起更為激進的非鋰離子化學技術方法,這樣做的商業風險要低很多。但是,取代鋰離子電池的其他辦法或許值得冒險一試,因為它們的理論能量密度值是現今電動汽車電池的幾倍。


這類方法有很多,包括鋰-硫,鋰-空氣,鋅-空氣以及鎂離子。然而,每個方法好像都有自己獨特的問題。例如,鋰-空氣電池可以到達10倍傳統鋰離子電池的能量(可達到汽油的能量密度),然而使用金屬鋰會非常危險,而且也不能對它們多次反復充電。


即使新技術的諸多問題可以在實驗室里解決,但是要實現大規模的生產,可靠的電動汽車供電可能還要幾十年的時間。在解決這些挑戰的過程將為傳統的鋰離子電池技術供應很長的改進時間。


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