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談電動汽車續航里程 電池能量密度與安全性的較量

2016-11-01

  日前,中國汽車工程學會在發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》中指出:2020年我國新能源汽車銷量需超過汽車總銷量的7%,2025年要超過15%,2030年則需超過40%。

  從市場現狀看,這個目標是合理而艱巨的。中國乘聯會發布的數據顯示,2016年前三季度,我國累計廣義乘用車銷量為1644.69萬輛,同比增長14.6%,其中新能源乘用車累計銷量為21萬輛,同比增長122%。對于整個汽車市場來說,電動汽車占據的份額并不多,不過增速明顯。在環保理念和政策利好的雙重影響下,電動汽車的身影時常可見。那么,如果剛好是一名電動汽車車主或準車主,你最關心的問題是什么?

  有人認為是價格,電動汽車動輒數十萬,售價太高;有人表示是續航里程,里程短容易引發“焦慮”;有人覺得是充電問題,樁車比例失調,充電比較難;還有人擔心電動汽車不安全,凡此種種,不一而是。其實這些問題歸結起來,都與電池有關系。作為電動汽車最核心的零部件,動力電池的成本不菲,電池的性能也影響著電動汽車的綜合表現。那么電動汽車的續航里程與安全性能究竟如何取得平衡呢?簡單梳理一下,不難發現,這幾乎就是一個“死循環”。

 

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  一、電動汽車的續航里程不足,為什么不足呢?其中一個原因是車用動力鋰電池的成本非常高,有些可以占到整車的一半以上,按照1瓦時1.2元的籠統算法,一個57kWh的電池組成本造價十分高。如果追求續航里程,那么勢必要準備好鈔票,市面上不乏特斯拉Model S、比亞迪E6等300km以上續航里程的車型。

  二、如果你買到了這輛續航滿意的電動汽車,可以高枕無憂了嗎?等等,還有電池安全問題在等著你。這些年來,電動汽車的火災事故頻發,媒體的大肆報道讓消費者都心生懼意。即便并不全都是電池的原因,但續航長意味著搭載的電池多,這也意味著事故發生的可能性大大提高。

  極端一點的二選一,你是要續航里程還是要安全?毫無疑問,大家勢必都會選擇安全。作為交通工具,安全性是汽車最重要的指標之一。但是在鋰電池技術沒有突破的現在,如果消費者希望獲得便宜的、續航足夠長的、安全性高的電動汽車,幾乎是不可能的。

  就像高收益的背后是極低的穩定性,電池的能量密度與安全性幾乎背道而行。近日,三星Note7的消息漫天飛舞,曲面屏碎成了渣。雖然至今無法斷言該機爆炸的原因,但大眾的眼光都聚焦在電池安全性上,夫不見十月發布的國產機斗艷,都會提到電池嗎?

  目前,電動汽車上裝載的動力電池主要有兩種:三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。有專家認為,前者能量密度高,穩定性較差,發生事故的可能性較高,江淮iev6因為這種電池,9月銷量以個位數慘淡收場。磷酸鐵鋰電池的安全性則是業界公認的,但輸在能量密度確實有限,最后成組大概只有110Wh/kg。那么,有沒有一種電池能兼顧能量密度和安全性的呢?

  有的,全固態鋰電池可以被大眾考慮。

  中國工程院陳立泉院士曾經說過:“下一代鋰電池應是全固態鋰電池,如果現在還不布局全固態鋰電池,將會錯失發展時機。”

  全固態鋰電池之所以稱為“全固態”是因為其電極和電解液都是固態的。全固態電池有一個很突出的優點,安全性比液態鋰電池要高許多,不易發生爆炸,而且其功率重量比較高,可以有效地縮小體積,所以業內認為它是電動汽車理想的動力來源之一。

  除安全性較傳統鋰電池優越外,全固態鋰電池還有一個很大的優勢,就是充放電循環壽命很長,最長可達45000次,并保存95%的初始容量,這點讓其它種類電池望塵莫及。

  這么牛的電池為何不能商用呢?目前瓶頸主要存在如下:

  1、室溫電導率普遍較低(<10-3S/cm),電池倍率充放電性能較差;

  2、固態電解質/電極間界面阻抗大,界面相容性較差,界面鋰離子電導率較低,固態電解質在充放電過程中體積膨脹和收縮,導致界面容易分離;

  3、低溫性能仍然有待進一步提高;

  4、有待設計和構建與固態電解質相匹配的電極,研究和開發出適合于固態電解質的鋰離子電池體系。

  我們都知道,鋰離子電池的研究屬于高難度的尖端科研工作,自上世界90年代初至今,大小研發不斷,但是都沒有觸及到根本。雖然有很多電池正在被研發,但不能商用約等于沒有存在意義。且不論這些電池是否還停留在實驗室階段,即使能實現商用,價格在短期內也必是不低,消費者不一定會買單。難道這些電池都不行了,我們要轉而接受燃料電池嗎?

  什么是燃料電池(一般指氫燃料電池)呢?氫燃料電池是使用氫化學元素,制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陰極和陽極,氫通過陰極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陽極。國家似乎有志于發展燃料電池汽車,而且筆者采訪過的業內人士也表示,許多企業正在秘密研發燃料電池。在該領域,日韓企業具有明顯的優勢,新款的豐田MIRAI燃料電池車的續航里程據稱有483km。如果國家真想實現“彎道超車”的想法,發展燃料電池或許會追得較吃力。

  思來想去,新能源汽車發展的技術瓶頸很大一部分存在于電池身上。哪天電池技術的問題能夠解決了,那不止電動汽車市場,整個世界都將煥然一新。


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