电动汽车想要爆发,必须有人「重新发明」电池

发布时间:2019-01-15 00:00      浏览:111
作者:Marisa Gertz、Melinda Grenier
来源:36Kr

想要生产出更便宜、更安全、一次充电可行驶500英里(804.67公里)的电动汽车,汽车工业需要在电池技术上有突破。


但,说起来容易做起来难。


日本、中国和美国的科学家正在努力破解如何大幅提高电池储存能量的密码,想尽办法使电动汽车的续航里程能与满油箱的汽油相一致。


这种追求集中在固态电池技术上,即对电池内部结构进行彻底改造,使用固体材料代替易燃液体,来实现充电和放电。


这项技术,要对现有的锂离子电池组进行重大改进,汽车制造商表示,锂离子电池组的存储能力已经达到极限,可能永远无法为长续航的车型提供足够的电力。


如果能够掌握固态电池技术,将加速内燃机汽车的消亡,并有可能将电动汽车的充电时间从几个小时减少到10分钟左右。


特斯拉公司现在建立的增压器网络,能提供快速充电,大约需要30分钟,就能使一辆电量耗尽的电动汽车充满80%的电量。


“除了固态技术,我们找不到其他途径实现这一目标,”福特汽车公司能源存储战略和研究高级经理泰德·米勒(Ted Miller)说,他研究了各种旨在提供更强大电动汽车电池的技术。“我现在无法预测的是,谁能将把它商业化。”


目前,装有固态电池的最好的原型车,只够驱动一个人驾驶一辆汽车穿过日本富士山附近的丰田汽车公司停车场。


像戴姆勒和菲斯克这样的汽车公司、中国锂业巨头、法国石油公司Total SA、以及麻省理工学院和斯坦福大学旗下的公司都在致力于这项工作。


菲斯克最早可能在今年进行车辆测试,而丰田和戴姆勒的时间表将会延长到2020年。

固态电池技术利害攸关。电动汽车被广泛采用,预示着锂离子电池将会出现指数增长,而锂离子电池是内燃机电动汽车的主要替代品。


彭博社NEF的最新报告发现,2017年,电动公交车和乘用车的锂离子电池需求为440亿瓦特小时——预计到2030年,这一需求将激增至每年1500亿瓦特小时以上。


根据瑞银集团(UBS Group AG)的数据,到2025年,所有电动汽车电池的市场价值将达到840亿美元左右,而目前的市场价值约为230亿美元。


无论是哪家公司掌握了一个可行的、性能优于锂离子技术的固态电池技术,就可以在这个市场占据上风。


开发固态电池需要什么


锂离子技术是数十年来移动电话和个人电子产品领域的标准技术,后来发展成电动汽车和公用事业规模的储能技术。


锂离子技术,利用液态电解质在电池的正极和负极之间穿梭,为电池充电或放电。固态电池,顾名思义,是用诸如陶瓷、玻璃或聚合物之类的固体材料取代这种液态电解质。


这将降低电池起火的风险,并能够造出来更薄的电池和更小的电池组,能够放在汽车座椅下面。


研究人员还希望将固体电解质与锂金属阳极配对,以提高能量密度,并使电动汽车能够不间断地行驶更长的距离。


这可能有助于消除消费者对电池在途中耗尽的担忧,从而提高销售额。


要做到这一点,需要解决一系列的难题。目前,原型车中的电池续航能力对于汽车来说太短,导电性差,成本也不具竞争力。有时在充电或放电时材料会剧烈膨胀和缩水。


日本锂离子电池技术和评估中心(Consortium for Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)的常务董事Yasuo Ishiguro说,当科学家解决一个问题时,通常会加剧另一个问题。


这个组织由25家公司——包括丰田、松下和日产汽车等——发起,得到了大约9000万美元的政府资金支持,以加快研究进展。

亨里克·菲斯克(Henrik Fisker)和首席科学家法比奥·阿尔巴诺(Fabio Albano)博士在洛杉矶菲斯克固态技术实验室检查设备。


“在所有的玩家中,似乎每个人都解决了固态电池技术中最重要的事情中的一件、两件或三件,但是没有人真正解决了所有的事情,”亨里克·菲斯克( Henrik Fisker )说,他是菲斯克的董事长兼首席执行官。


中国科学院青岛生物能源与过程研究所将在两年内进行汽车试验,并考虑在2025年之前推出商业产品。中国最大的电池生产商宁德时代也将固态电池纳入了研究之中。


韩国的三星SDI公司、 SK Innovation公司和现代汽车公司表示,它们也在研究这项技术,英国家用电器制造商戴森也在研究这项技术,这家公司目前正在布局电动汽车。


总部设在德国斯图加特的戴姆勒电池研究主管安德烈亚斯·欣腾纳赫(Andreas hinnach)表示:“对于乘用车来说,我们应该在本世纪20年代初看到原型车出现。” 


包括梅赛德斯-奔驰在内的汽车制造商上个月表示,在2030年前订购价值230亿美元的现代锂离子电池。


大众汽车公司计划与合作伙伴QuantumScape公司在2022年开始试生产。


这些时间表可能证明是乐观的。


“这是一个残酷的战场,现在还没有人能够走到让这些电池发挥作用的地方,”行业顾问、位于科罗拉多州博尔德市的凯恩能源研究顾问公司的董事总经理萨姆·贾菲(Sam Jaffe)说。

在美国科罗拉多州路易斯维尔市的 Solid Power 公司的试生产工厂,工人们正在检查用于开发固态电池的设备。


彭博社NEF驻伦敦分析师詹姆斯·弗里斯(James Frith)表示,在21世纪20年代结束之前,具有各种优势的固态电池将会问世,即使到那个时候,出售的价格也会很高。


特斯拉表示,它经常与开发者交流,并关注电池原型,但它还没有看到一种比现有的锂离子电池组更好的技术。 它的Model 3 一次充电最远可行驶335英里(539公里)。


“我们已经尽可能努力了,”特斯拉首席技术官斯特劳贝尔(JB Straubel)在6月份的年会上说。“我们保持着虚心的态度,我们很想找到它,但还没有找到。”


特斯拉供应商松下表示,它将继续研究固态电池技术,尽管“在实现商业化之前还有许多障碍”。


丰田的突破潜力


根据竞争对手、学者和专利数据,最有望取得突破的是丰田。

丰田COMS超小型电动车。


根据彭博法律的汤米·沈(Tommy Shen)的分析,这家亚洲最大的汽车制造商至少拥有233项专利或技术申请,几乎是最接近它的竞争对手的三倍。


根据去年10月份发布的年度报告,这家公司在电池业务上投资了1.5万亿日元(943亿人民币) ,并计划在本世纪20年代初将固态电池技术商业化。


在过去的十年中,丰田公司一次部署了多达200名员工,主要在靠近富士山的东富士研究中心研发这项技术。


这家公司在使用固态电池驱动的数字钟、两轮滑板车和传送带方面取得了进展,随后在其单座低速汽车 COMS 的改装版本中测试了该技术。


Ishiguro曾任丰田汽车公司的经理,他说这款车对研究人员来说更像是一种启发,而不是一种交通工具。


福特的米勒说,由于许多现有的电动汽车电池制造商专注于提高销量和降低成本,丰田的主要挑战者可能是美国的创业公司。


为了提高这种可能性,大众去年又拿出了1亿美元,增加其在QuantumScape的股份,Quantumscape是由前斯坦福大学的研究人员创立的,总部位于加州圣何塞。

总部位于马萨诸塞州沃本的Ionic Materials公司,得到了Sun Microsystems的联合创始人比尔·乔伊(Bill Joy)和汽车制造商雷诺、日产和三菱汽车组成的风险投资基金的支持。


麻省理工学院能源实验室旗下的SolidEnergy Systems公司同样位于沃本,其首席执行官胡启朝(Qichao Hu)在去年10月份于日本大阪举行的一个论坛上表示,预计在2021年后开始对电动汽车上进行试验。


Solid Power是位于科罗拉多州路易斯维尔的一家电池公司,自2017年12月以来一直与宝马合作开发电池。


其首席执行官道格坎贝尔(Doug Campbell)说,不需要再过5到10年,固态电池技术就能在汽车上具有商业可行性。

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