1月8日消息,據(jù)外媒報(bào)道,為了提供一種更便宜、更安全、充滿電就能行駛800公里的電動(dòng)汽車,汽車行業(yè)需要在電池技術(shù)方面取得突破。不過,要想取得這種突破,往往說起來容易做起來難。
中國(guó)、日本以及美國(guó)的科學(xué)家都在努力尋找顯著提高電池電量?jī)?chǔ)存能力的方式,并使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程與加滿油差不多,而這就需要固態(tài)電池技術(shù)的幫助。這種技術(shù)需要對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行大改造,使用固體材料而不是易燃液體來實(shí)現(xiàn)充電和放電目的。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)的情況下取得突破。許多汽車制造商表示,鋰離子電池正在達(dá)到其存儲(chǔ)電力的極限,可能永遠(yuǎn)不會(huì)有足夠的電力供遠(yuǎn)程車型使用。
如果能夠取得成功,固態(tài)電池技術(shù)可以幫助內(nèi)燃機(jī)汽車加速消亡,并有可能將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)減少到大約10分鐘。由特斯拉(Tesla )公司建造的超級(jí)充電樁網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在提供較快的充電服務(wù),但依然需要大約30分鐘時(shí)間才能使耗盡電量的汽車充電量達(dá)到80%。
福特(Ford)汽車公司駐底特律的儲(chǔ)能戰(zhàn)略和研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒(Ted Miller)表示:“如果沒有固態(tài)電池技術(shù),我們找不到其他實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。我現(xiàn)在無(wú)法預(yù)測(cè)到底誰(shuí)會(huì)把它商業(yè)化。”福特公司研究了各種技術(shù),旨在提供更強(qiáng)大的電動(dòng)汽車電池。
目前,使用固態(tài)電池的最好原型車僅足以推動(dòng)單人汽車駛過日本富士山附近的豐田(Toyota)汽車公司停車場(chǎng)。戴姆勒(Daimler AG)公司和菲斯克(Fisker)公司等汽車制造商、中國(guó)鋰工業(yè)巨頭、法國(guó)道達(dá)爾石油(Total SA)公司以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的子公司,都在努力完成這項(xiàng)任務(wù)。
菲斯克最早可能在今年對(duì)其電池進(jìn)行汽車測(cè)試,而豐田和戴姆勒的測(cè)試時(shí)限則延長(zhǎng)至2020年代。
這場(chǎng)賭注很大。電動(dòng)汽車的采用預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的迅猛增長(zhǎng),鋰離子電池是內(nèi)燃機(jī)的主要替代品。來自BloombergNEF的最新報(bào)告發(fā)現(xiàn),2017年電動(dòng)巴士和乘用車所用鋰離子電池高達(dá)44千兆瓦時(shí)。預(yù)計(jì)到2030年,這一需求將飆升至每年1500千兆瓦時(shí)以上。
據(jù)瑞銀集團(tuán)(UBS Group AG)的數(shù)據(jù)顯示,任何擁有能夠超越鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人,都可能在2025年之前價(jià)值約840億美元的所有電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)占據(jù)上風(fēng),而其目前的價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功所需支持
鋰離子電池技術(shù)是手機(jī)和個(gè)人電子領(lǐng)域幾十年來使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),正在進(jìn)入電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域,它使用液體電解質(zhì)在陽(yáng)極和陰極之間穿梭離子,為電池充電或放電。而固體電池,顧名思義,就是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料代替液體。
這應(yīng)該會(huì)降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn),并讓電池變得更薄、更小,以便可以放在汽車座椅下面。研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽(yáng)極匹配,以提高能量密度,并使電動(dòng)汽車進(jìn)行更長(zhǎng)距離的旅行時(shí)能夠無(wú)需停下來充電。這可能有助于消除消費(fèi)者對(duì)中途電力耗盡的擔(dān)憂,從而刺激銷售。
要做到這些,需要解決一系列難題。原型車目前的電池續(xù)航里程對(duì)于汽車來說太短了,而且在充電或放電時(shí),電池的導(dǎo)電性差,成本效益低,材料有時(shí)會(huì)急劇膨脹和收縮。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心(LIBTEC)董事總經(jīng)理石黑浩(YasuoI Shihero)說,而當(dāng)科學(xué)家解決其中一個(gè)問題時(shí),往往又會(huì)加劇另一個(gè)問題。包括豐田、松下(Panasonic)以及日產(chǎn)(Nissan)在內(nèi)的25家公司組成的聯(lián)盟,得到了政府約9000萬(wàn)美元的資金支持,以加快研發(fā)進(jìn)度。
菲斯克董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官亨里克·菲斯克(Henrik Fisker)表示:“在所有的參與者中,似乎每個(gè)人都解決了五件最重要的事情中的一件或兩件或三件,但沒有人真正解決所有問題。”
中國(guó)青島新能源研究院將在兩年內(nèi)進(jìn)行固態(tài)電池汽車試驗(yàn),并考慮到2025年將其商業(yè)化。中國(guó)最大的電池生產(chǎn)商——Contemporary Amperex科技有限公司,將固態(tài)電池技術(shù)納入其先進(jìn)電池研究范疇。
韓國(guó)三星SDI公司,SK創(chuàng)新公司以及現(xiàn)代汽車公司表示,他們也在研究這項(xiàng)技術(shù)??偛课挥谟?guó)的家電制造商戴森有限公司(Dyson)也在研究這項(xiàng)技術(shù),該公司當(dāng)前的目標(biāo)是電動(dòng)汽車。
戴姆勒(Daimler)在德國(guó)斯圖加特的電池研究主管安德烈亞斯·赫恩納赫(Andreas Hintennach)表示:“對(duì)于乘用車來說,我們應(yīng)該在本世紀(jì)20年代初看到原型。”上個(gè)月,包括梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)在內(nèi)的品牌背后的汽車制造商同意,到2030年,將訂購(gòu)230億美元的當(dāng)代鋰離子電池。
大眾汽車公司(Volkswagen AG)計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴Quantumscape公司開始試生產(chǎn)。這些時(shí)間表可能證明是樂觀的。
行業(yè)顧問、科羅拉多州博爾德能源研究顧問公司(Boulder Energy Research Advisors)董事總經(jīng)理薩姆·賈菲(Sam Jaffe)表示:“實(shí)際上,這是個(gè)殘酷的戰(zhàn)場(chǎng),每個(gè)人都在努力讓這些電池發(fā)揮作用,但目前還沒有人接近這個(gè)目標(biāo)。”
BNEF駐倫敦的分析師詹姆斯·弗里斯(James Frith)表示,要到本世紀(jì)20年代末,具備所有承諾優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電池才能上市。即便到那時(shí),它們的價(jià)格仍可能非常高昂。
特斯拉表示,該公司經(jīng)常與開發(fā)商交談,并審查電池原型,但還沒有看到任何比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的電池技術(shù)。特斯拉Model S充滿電后可以行駛539公里。特斯拉首席技術(shù)官斯特勞貝爾(JB Straubel)曾表示:“我們已經(jīng)盡了最大的努力,我們洗耳恭聽,我們很想找到它,但我們還沒有成功。”
特斯拉的供應(yīng)商松下表示,該公司仍在繼續(xù)研究固態(tài)電池技術(shù),但“商業(yè)化仍有許多障礙”。
豐田的突破潛力
據(jù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、學(xué)者和專利數(shù)據(jù)顯示,實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)突破的最大希望在于豐田。
據(jù)Bloomberg Law分析,這家亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項(xiàng)與固態(tài)電池技術(shù)有關(guān)的專利或申請(qǐng),幾乎是其最接近競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的三倍。豐田在2018年10月份發(fā)布的年度報(bào)告顯示,該公司將在電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬(wàn)億日元(合139億美元),并計(jì)劃在本世紀(jì)20年代初將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化。
在過去十年中,豐田已經(jīng)部署了多達(dá)200名員工,主要是在富士山附近的東橋-富士研究中心進(jìn)行研發(fā)。該公司在使用固態(tài)電池為數(shù)字時(shí)鐘、兩輪踏板車以及傳送帶提供動(dòng)力方面取得了很大進(jìn)展,然后在其單座低速型汽車COMS的改裝版上測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)。
LIBTEC的前豐田經(jīng)理石黑浩說,這款車對(duì)研究人員來說更像是一種激勵(lì),而不是一種交通方式。
福特公司的米勒表示,由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本,豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)??紤]到這種可能性,大眾去年斥資1億美元收購(gòu)了
福特(Ford)的米勒表示,由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本,豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)??紤]到這種可能性,大眾去年斥資1億美元增持了Quantumscape的股份。Quantumscape是由前斯坦福大學(xué)研究人員創(chuàng)建的,總部位于加州圣何塞(San Jose)。
總部位于美國(guó)馬薩諸塞州沃本(Woburn)的Ionic Material公司表示,Sun Microsystems聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊(Bill Joy)和由汽車制造商雷諾(Renault SA)、日產(chǎn)以及三菱(Mitsubishi)公司組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金都是其支持者。
2018年10月在日本大阪舉行的一次論壇上,麻省理工學(xué)院剝離的子公司SolidEnergy Systems公司首席執(zhí)行官胡啟超(音譯)表示,預(yù)計(jì)將在2021年后開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行固態(tài)電池試驗(yàn)。
Solid Power是總部位于科羅拉多州路易斯維爾的電池公司,自2017年12月以來始終與寶馬汽車公司(BMWAG)建立開發(fā)伙伴關(guān)系。其首席執(zhí)行官道格·坎貝爾(DougCampbell)表示,他相信固態(tài)電池技術(shù)將在汽車領(lǐng)域具有商業(yè)可行性,但可能不需再等五到十年了。
坎貝爾說:“我不會(huì)說我們前面沒有挑戰(zhàn)。但我有信心,這些挑戰(zhàn)不需要出現(xiàn)奇跡就能克服。”