鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1093次 | 2021年05月15日
六大動(dòng)力電池技術(shù)，誰(shuí)才是新能源汽車(chē)的未來(lái)？
不得不承認(rèn)，近百年來(lái)，人類(lèi)充分利用了自然界的慷慨饋贈(zèng)化石能源，也正是化石能源用超凡脫俗的能量密度點(diǎn)燃了從工業(yè)文明到信息文明的燎原之火。以石油工業(yè)為依托的燃油車(chē)出色地解決了續(xù)航里程、綜合性能、燃料加注、基礎(chǔ)設(shè)施等實(shí)際問(wèn)題，在技術(shù)日臻成熟、成本逐步降低的同時(shí)也形成了強(qiáng)大的路徑鎖定。
新能源汽車(chē)若想與傳統(tǒng)燃油車(chē)分庭抗禮乃至取而代之，恐怕不能僅靠政策的出臺(tái)、民眾意識(shí)的轉(zhuǎn)變，動(dòng)力鋰電池技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展同樣至關(guān)重要。從鋁空氣電池、鋰硫電池，到氫燃料動(dòng)力電池、固態(tài)鋰離子電池，再到現(xiàn)有常規(guī)鋰離子電池，各類(lèi)動(dòng)力鋰電池技術(shù)路線之爭(zhēng)一直是業(yè)內(nèi)熱議的話題。
我們不妨既仰望星空又腳踏實(shí)地，從未來(lái)出發(fā)，把有可能獲得逐鹿中原能力的動(dòng)力鋰電池技術(shù)依照核心原理進(jìn)行一番閱兵。看看到底哪種技術(shù)才是新能源汽車(chē)的未來(lái)？假如說(shuō)有什么還原劑可以在能量密度方面和碳?xì)浠衔镦敲?，那么大家?huì)不約而同地將目光投向元素周期表的特定位置那些小而美的活潑金屬；假如說(shuō)有什么氧化劑大量、廉價(jià)、易得，那么空氣幾乎是所有人心中的不二之選。這就是身兼二者優(yōu)點(diǎn)的金屬空氣電池，尤其是以地殼中極其豐富的鋁相關(guān)原料作為負(fù)極的鋁空氣電池，吸引一批又一批研究者全情投入的原因。
首先，成功的鋁空氣電池可以解決車(chē)輛續(xù)航問(wèn)題。鋁負(fù)極和空氣正極的組合就是能量密度的最佳代言，日行千里，夜走八百理所應(yīng)當(dāng)。
其次，成功的鋁空氣電池可以解決車(chē)輛充能問(wèn)題。采用更換負(fù)極方式的鋁空氣電池機(jī)械充能相比傳統(tǒng)燃油車(chē)的燃油加注毫不遜色，簡(jiǎn)直和鋼鐵俠的能量塊相同便捷迅速。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
再次，成功的鋁空氣電池基礎(chǔ)設(shè)施易用易建?？拷稍偕茉促Y源中心的電解鋁設(shè)施配上發(fā)達(dá)的貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，再加上堪比便利店的機(jī)械充能站，結(jié)合金屬鋁常溫下的表面惰性和鋁氧化物的環(huán)境友好、易回收特性，幾乎可以構(gòu)建一個(gè)完美的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。
即便在整體能量循環(huán)效率方面不及鋰電的充電樁、換電站，鋁空氣電池車(chē)僅憑借上述三方面的優(yōu)勢(shì)就能統(tǒng)治能源與交通的未來(lái)。
然而，實(shí)現(xiàn)鋁空氣電池技術(shù)的應(yīng)用存在相當(dāng)大的技術(shù)難度，例如鋁負(fù)極的腐蝕抑制、正極吸氧催化劑的研究與設(shè)計(jì)等多重難題待解。毫不夸張地說(shuō)，能跨越上述障礙、實(shí)現(xiàn)鋁空氣電池交通應(yīng)用的研究者，絕對(duì)值得一個(gè)沉甸甸的諾貝爾獎(jiǎng)。告別里程焦慮、不想換電只想充電、鋰電的最終形態(tài)、毀譽(yù)參半的研究熱點(diǎn)……以上描述都指向同一種技術(shù)，那就是鋰硫電池技術(shù)。
讓電池毫不遜色于油箱成功的鋰硫電池同樣可以解決續(xù)航問(wèn)題，這也是其概念在誕生之時(shí)就已具備的優(yōu)點(diǎn)。
首先，成功的鋰硫電池能讓車(chē)輛告別充電的煩惱。當(dāng)一輛電動(dòng)汽車(chē)具備700公里的續(xù)航能力時(shí)，不僅對(duì)電網(wǎng)友好，也給車(chē)主帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
其次，成功的鋰硫電池可與常規(guī)鋰電車(chē)輛的基礎(chǔ)設(shè)施通用，且憑借其優(yōu)秀的續(xù)航里程更是淡化了對(duì)快充技術(shù)的需求。構(gòu)建科學(xué)合理的輸配電網(wǎng)絡(luò)并配合峰谷價(jià)差、市場(chǎng)化電價(jià)，即可有效協(xié)調(diào)車(chē)輛的充電行為，而依托高比例可再生能源更加有助于大大提高電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)占有率。
不過(guò)，和鋁空氣電池相同，鋰硫電池技術(shù)也充滿(mǎn)著不確定性。電極結(jié)構(gòu)的顯著變化、多硫化物的穿梭效應(yīng)、難于控制的副反應(yīng)等問(wèn)題，都在阻礙著鋰硫電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。
假如鋰硫電池技術(shù)能盡早被實(shí)際應(yīng)用證實(shí)或者證偽，無(wú)疑都是好事。假如不能，那就只能期待未來(lái)會(huì)有人開(kāi)掛做到這一點(diǎn)了。豐田、本田兩大日系車(chē)企，現(xiàn)代等韓系車(chē)企，迎頭趕上的歐洲車(chē)企……立足于高壓氫氣的高能量密度和短加注時(shí)間，以電-氫-電為能量路徑的燃料動(dòng)力電池車(chē)在拉風(fēng)程度上一時(shí)無(wú)二。
豐田Mirai燃料動(dòng)力電池車(chē)自推出以來(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)車(chē)約10萬(wàn)公里安全運(yùn)行，等待它的將是20萬(wàn)公里或更長(zhǎng)的續(xù)航里程挑戰(zhàn)。不過(guò)假如能為燃料動(dòng)力電池搭配適量的鋰電，這種增程式燃料動(dòng)力電池車(chē)或許會(huì)更靠譜。
在完善的設(shè)計(jì)條件下，燃料動(dòng)力電池車(chē)的安全性其實(shí)不是問(wèn)題開(kāi)放環(huán)境下氫氣迅速向上散逸。再者，哪種續(xù)航里程長(zhǎng)的車(chē)輛不是燃料包呢？
更值得擔(dān)心的問(wèn)題應(yīng)該是燃料動(dòng)力電池電堆的壽命、對(duì)鉑基催化劑的依賴(lài)導(dǎo)致的高成本，還有電-氫-電能量轉(zhuǎn)化路徑的低效。和同樣規(guī)格的鋰電車(chē)相比，燃料動(dòng)力電池車(chē)的成本更高，一次能源消耗量基本處于對(duì)方2倍的水平。加之氫氣、液氫均不太適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸和儲(chǔ)存，所以燃料動(dòng)力電池車(chē)?yán)碚撋喜⒉粫?huì)像鋁空氣電池車(chē)那樣實(shí)現(xiàn)大范圍的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。
從可再生能源基地到特高壓輸電，再到城市范圍的現(xiàn)場(chǎng)制氫或中短途運(yùn)輸氫則更為合理。此外，加氫站的建設(shè)幾乎相當(dāng)于另起爐灶，挑戰(zhàn)重重，且看現(xiàn)在全球的三百多座加氫站多長(zhǎng)時(shí)間以后才能新增到一千座吧！將當(dāng)前鋰離子動(dòng)力鋰電池中的六氟磷酸鋰基電解液替換成固態(tài)電解質(zhì)，那么對(duì)應(yīng)車(chē)輛的續(xù)航里程、安全性和環(huán)境友好程度等都可以得到進(jìn)一步的提升?？梢哉f(shuō)，固態(tài)鋰電車(chē)是使用傳統(tǒng)正極體系的鋰電車(chē)的最終形態(tài)。除高校、研究所之外，已有多家動(dòng)力鋰電池車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上的公司投入巨大精力進(jìn)行有關(guān)技術(shù)研發(fā)。
目前來(lái)看，固態(tài)鋰電的技術(shù)成熟度高于鋁空氣、鋰硫電池，但相比于燃料動(dòng)力電池則尚有不及。
相比于現(xiàn)有鋰電車(chē)，固態(tài)鋰電車(chē)的續(xù)航里程預(yù)計(jì)將有較大幅度的進(jìn)步，雖然可能比不過(guò)傳統(tǒng)燃油車(chē)輛，但可極大緩解里程焦慮問(wèn)題。因?yàn)樵诒堵市阅芊矫娲嬖诙贪?，所以固態(tài)鋰電車(chē)的充電時(shí)間較長(zhǎng)。
解決方法可能包括前述配電網(wǎng)絡(luò)與定價(jià)機(jī)制、充換電協(xié)同體系等，因此并不會(huì)帶來(lái)過(guò)多的額外基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)擔(dān)（相比于大規(guī)模鋰電車(chē)應(yīng)用而言）。此外，將功率型常規(guī)鋰電和高能量密度固態(tài)鋰電共同使用，也可以構(gòu)建鋰電車(chē)的插電混動(dòng)體系。
當(dāng)然，功率型鋰電的快充需求對(duì)現(xiàn)行電力系統(tǒng)的沖擊（在規(guī)?？偭枯^大、充電無(wú)序時(shí)）是必須認(rèn)真對(duì)待的。
為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電技術(shù)的推廣應(yīng)用，電解質(zhì)-電極固態(tài)界面的行為、非高溫環(huán)境下倍率性能的改善、不同批次電池的性能可重復(fù)性等問(wèn)題都有待解決。誠(chéng)然解決方法充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，但挑戰(zhàn)同樣意味著更美好的可能。從未來(lái)開(kāi)始，我們一點(diǎn)點(diǎn)朝現(xiàn)實(shí)返程。
將現(xiàn)行鋰離子電池的正負(fù)極在保證安全性的條件下向高鎳三元材料、硅碳復(fù)合材料等高比容方向調(diào)整，優(yōu)化電池規(guī)格，逐步建立電池回收利用體系，結(jié)合整車(chē)平臺(tái)以電池為基礎(chǔ)的重新設(shè)計(jì)和車(chē)身輕量化，并大力建設(shè)輸配充換電智能基礎(chǔ)設(shè)施等多重前瞻因素，我們可以看到，鋰電車(chē)已有了相當(dāng)程度的進(jìn)步。
也許目前的鋰電車(chē)還存在里程焦慮等諸多問(wèn)題，但隨著基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，可在相當(dāng)程度上撫慰車(chē)主們焦慮的內(nèi)心；也許目前的鋰電車(chē)將在十年內(nèi)淘汰換新，但十年也被認(rèn)為是可被接受的期限；也許目前的鋰電車(chē)還在飽受資源回收和環(huán)境保護(hù)方面的爭(zhēng)議，但它至少可以做到讓多數(shù)人消費(fèi)得起，用得省心、安心。
綜合來(lái)看，未來(lái)十年內(nèi)，行業(yè)將面對(duì)洗牌。洗牌過(guò)后，存活下來(lái)的鋰電公司將登上視野范圍之內(nèi)的技術(shù)高地，讓鋰電車(chē)產(chǎn)業(yè)走向成熟，并將我國(guó)乃至全球的新能源車(chē)保有量擴(kuò)大至可以預(yù)見(jiàn)的相當(dāng)份額。缺少專(zhuān)屬的電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)、冬季尤甚的里程焦慮、仍顯不足的基礎(chǔ)設(shè)施、層出不窮的騙補(bǔ)事件、補(bǔ)貼退坡后的陣痛、尚待論證的梯次利用和資源回收研究……這些都是常規(guī)鋰離子電池車(chē)正在面對(duì)的煩惱。
它可能是小康之家的第二臺(tái)車(chē)，也可能是搖號(hào)未果的無(wú)奈選擇。
它可能是諸多大城市減少污染的最優(yōu)選擇，也背負(fù)著電從煤來(lái)、轉(zhuǎn)移污染的罵名。
它真的承擔(dān)著彎道超車(chē)、改善環(huán)境狀況的新興產(chǎn)業(yè)期許，也有著性能短板較多、續(xù)航里程不足，尤其是回收體系尚未建立等諸多弊端。
它要改進(jìn)的地方太多，但我們總應(yīng)該相信，路在腳下，腳比路長(zhǎng)。
