全球汽車電動化,嚴重依賴電池技術,鋰電池“關鍵障礙”難逾越?

2020-01-08 09:38:49  閱讀:1  來源:
全球汽車電動化,嚴重依賴電池技術,鋰電池“關鍵障礙”難逾越?

交通領域的電力革命和從馬車到T型車的轉變同樣重要。在不遠的將來——一些項目最快在2030年——道路上的大多數新車都將是電動的。

但要走到這一步還需要一段時間。電動汽車實際上早于內燃機,并且在美國內戰之前就已經出現了。與我們看到的其他技術進步的速度相比——從第一款手機原型到iPhone只用了不到25年的時間——這項技術為何以如此緩慢的速度發展,似乎令人費解。如今,擁有一輛特斯拉或另一輛電動車仍然是精英階層——或者至少是中上階層——的特權,盡管多年來我們知道這對環境和我們的未來有害,但我們仍然在很大程度上依賴汽車中的化石燃料。

那是什么阻礙了我們?一切都取決于電池。

全球汽車電動化,嚴重依賴電池技術,鋰電池“關鍵障礙”難逾越?


自從1991年索尼將鋰離子電池引入商業領域以來,鋰離子電池內部的化學成分并沒有真正改變??茖W家和工程師們一直在努力使電池更強大,但這個行業現在正觸及電池化學的理論極限。在這些方法取得了20多年的實質性進展之后,過去五年中,每隔幾年,只實現了1%到2%的性能改進。

雖然固態電池、石墨烯超級電容器和氫燃料電池等儲能技術的突破經常出現,但這些技術也帶來了潛在的復雜性。通常,這些實驗只在嚴格控制的實驗室環境下進行,而在現實世界中則不然,在現實世界中,溫度和產品使用等變量可能是不可預測的(因此會導致不可預測的結果)。通常需要10年的時間才能將實驗室的突破推向市場,而且幾乎所有的突破都是在這一過程中落空的;只有少數幾家真正實現了這一目標的實驗室表現不佳。例如,15年前氫燃料的承諾仍未實現。

但是,即使這些技術是完美的,現實是我們現在需要更好的能量儲存,并且基礎設施不存在,以將這些奇跡技術大規模地帶給消費者,因為它們仍然是如此新的并且需要全新的大規模生產方法。與此同時,基礎鋰離子電池工廠的基礎設施已經在全球范圍內投入使用,并且目前能夠生產285千兆瓦小時的電力。這項投資正呈指數級增長,預計將建設68個電池"巨型工廠",到2028年將再增加1.45兆瓦時的產能。先進的鋰離子材料幾乎可以立即被納入這些工廠,而不會給制造商帶來昂貴的變化或延誤——從他們的觀點來看,這是一個簡單的問題,即在生產線上用一種黑色粉末換另一種黑色粉末。

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這讓我們回到了核心問題:如何改進已經達到理論極限的電池化學?基本鋰離子電池在充電時依靠石墨來儲存鋰,但人們早就知道硅的鋰儲存能力大大提高,可以在今天生產基本鋰離子的同一工廠中實現。然而,由于硅顆粒會隨著電池充放電能量的增大而膨脹,僅在幾次充電循環后就最終破壞電池,因此硅還沒有實際應用。

簡單地說,解決這個問題的一個辦法是在硅復合粒子周圍加一個"盒子",以控制膨脹。Sila Nano通過八年的時間和35000次的材料迭代實現了這一目標,目前已經證明電池容量增加了20%。硅的理論極限意味著這種硅基材料可以提高40%。

但這40%的改善究竟意味著什么?

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如今,電動汽車電池每千瓦時的價格約為176美元,相當于整個汽車價格的三分之一左右。例如,即使是更實惠的雪佛蘭博爾特EV也有一個60千瓦時的電池組,這意味著在大約37500美元的標價中,10500美元以上的價格只是電池的硬成本。

隨著能量密度的提高,我們可以按比例縮小電池的尺寸和價格,同時仍然獲得相同的功率、范圍和性能。持續的進步將釋放更大的潛力,并有助于完全消除這些權衡。

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如今,典型的電動汽車只有200英里的行駛里程和10萬英里的保修期。想象一下,在這個世界上,我們擁有500英里的里程和100萬英里的保修。這不是一個夢想,只是有更多的便利和功能,它是關于最終實現電氣化汽車的未來,我們已經承諾-為我們后代留下一個更好的星球。雖然汽車制造商要全面實施最新的技術進步還需要幾年時間,但寶馬(BMW)和戴姆勒(Daimler)等巨頭已經加入了這一行列,所以這只是時間問題。

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