電動汽車想普及 固態電池是關鍵
2019年01月14日09:17

  本來來自彭博,由36氪編譯  

  想要生產出更便宜、更安全、一次充電可行駛500英里(804.67公里)的電動汽車,汽車工業需要在電池技術上有突破。

  但,說起來容易做起來難。

  日本、中國和美國的科學家正在努力破解如何大幅提高電池儲存能量的密碼,想盡辦法使電動汽車的續航里程能與滿油箱的汽油相一致。

  這種追求集中在固態電池技術上,即對電池內部結構進行徹底改造,使用固體材料代替易燃液體,來實現充電和放電。

  這項技術,要對現有的鋰離子電池組進行重大改進,汽車製造商表示,鋰離子電池組的存儲能力已經達到極限,可能永遠無法為長續航的車型提供足夠的電力。

  如果能夠掌握固態電池技術,將加速內燃機汽車的消亡,並有可能將電動汽車的充電時間從幾個小時減少到10分鍾左右。

  特斯拉公司現在建立的增壓器網絡,能提供快速充電,大約需要30分鍾,就能使一輛電量耗盡的電動汽車充滿80%的電量。

  “除了固態技術,我們找不到其他途徑實現這一目標,”福特汽車公司能源存儲戰略和研究高級經理泰德·米勒(Ted Miller)說,他研究了各種旨在提供更強大電動汽車電池的技術。“我現在無法預測的是,誰能將把它商業化。”

  目前,裝有固態電池的最好的原型車,只夠驅動一個人駕駛一輛汽車穿過日本富士山附近的豐田汽車公司停車場。

  像戴姆勒和菲斯克這樣的汽車公司、中國鋰業巨頭、法國石油公司Total SA、以及麻省理工學院和斯坦福大學旗下的公司都在致力於這項工作。

  菲斯克最早可能在今年進行車輛測試,而豐田和戴姆勒的時間表將會延長到2020年。

  固態電池技術利害攸關。電動汽車被廣泛採用,預示著鋰離子電池將會出現指數增長,而鋰離子電池是內燃機電動汽車的主要替代品。

  彭博社NEF的最新報告發現,2017年,電動公交車和乘用車的鋰離子電池需求為440億瓦特小時——預計到2030年,這一需求將激增至每年1500億瓦特小時以上。

  根據瑞銀集團(UBS Group AG)的數據,到2025年,所有電動汽車電池的市場價值將達到840億美元左右,而目前的市場價值約為230億美元。

  無論是哪家公司掌握了一個可行的、性能優於鋰離子技術的固態電池技術,就可以在這個市場佔據上風。

  開發固態電池需要什麼

  鋰離子技術是數十年來移動電話和個人電子產品領域的標準技術,後來發展成電動汽車和公用事業規模的儲能技術。

  鋰離子技術,利用液態電解質在電池的正極和負極之間穿梭,為電池充電或放電。固態電池,顧名思義,是用諸如陶瓷、玻璃或聚合物之類的固體材料取代這種液態電解質。

  這將降低電池起火的風險,並能夠造出來更薄的電池和更小的電池組,能夠放在汽車座椅下面。

  研究人員還希望將固體電解質與鋰金屬陽極配對,以提高能量密度,並使電動汽車能夠不間斷地行駛更長的距離。

  這可能有助於消除消費者對電池在途中耗盡的擔憂,從而提高銷售額。

  要做到這一點,需要解決一系列的難題。目前,原型車中的電池續航能力對於汽車來說太短,導電性差,成本也不具競爭力。有時在充電或放電時材料會劇烈膨脹和縮水。

  日本鋰離子電池技術和評估中心(Consortium for Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)的常務董事Yasuo Ishiguro說,當科學家解決一個問題時,通常會加劇另一個問題。

  這個組織由25家公司——包括豐田、鬆下和日產汽車等——發起,得到了大約9000萬美元的政府資金支持,以加快研究進展。

  亨里克·菲斯克(Henrik Fisker)和首席科學家法比奧·阿爾巴諾(Fabio Albano)博士在洛杉磯菲斯克固態技術實驗室檢查設備。

  “在所有的玩家中,似乎每個人都解決了固態電池技術中最重要的事情中的一件、兩件或三件,但是沒有人真正解決了所有的事情,”亨里克·菲斯克( Henrik Fisker )說,他是菲斯克的董事長兼首席執行官。

  中國科學院青島生物能源與過程研究所將在兩年內進行汽車試驗,並考慮在2025年之前推出商業產品。中國最大的電池生產商寧德時代也將固態電池納入了研究之中。

  韓國的三星SDI公司、 SK Innovation公司和現代汽車公司表示,它們也在研究這項技術,英國家用電器製造商戴森也在研究這項技術,這家公司目前正在佈局電動汽車。

  總部設在德國斯圖加特的戴姆勒電池研究主管安德烈亞斯·欣騰納赫(Andreas hinnach)表示:“對於乘用車來說,我們應該在本世紀20年代初看到原型車出現。”

  包括梅賽德斯-奔馳在內的汽車製造商上個月表示,在2030年前訂購價值230億美元的現代鋰離子電池。

  大眾汽車公司計劃與合作夥伴QuantumScape公司在2022年開始試生產。

  這些時間表可能證明是樂觀的。

  “這是一個殘酷的戰場,現在還沒有人能夠走到讓這些電池發揮作用的地方,”行業顧問、位於科羅拉多州博爾德市的凱恩能源研究顧問公司的董事總經理薩姆·賈菲(Sam Jaffe)說。

  在美國科羅拉多州路易斯維爾市的 Solid Power 公司的試生產工廠,工人們正在檢查用於開發固態電池的設備。

  彭博社NEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯(James Frith)表示,在21世紀20年代結束之前,具有各種優勢的固態電池將會問世,即使到那個時候,出售的價格也會很高。

  特斯拉表示,它經常與開發者交流,並關注電池原型,但它還沒有看到一種比現有的鋰離子電池組更好的技術。 它的Model 3 一次充電最遠可行駛335英里(539公里)。

  “我們已經儘可能努力了,”特斯拉首席技術官斯特勞貝爾(JB Straubel)在6月份的年會上說。“我們保持著虛心的態度,我們很想找到它,但還沒有找到。”

  特斯拉供應商鬆下表示,它將繼續研究固態電池技術,儘管“在實現商業化之前還有許多障礙”。

  豐田的突破潛力

  根據競爭對手、學者和專利數據,最有望取得突破的是豐田。

  豐田COMS超小型電動車。

  根據彭博法律的湯米·沈(Tommy Shen)的分析,這家亞洲最大的汽車製造商至少擁有233項專利或技術申請,幾乎是最接近它的競爭對手的三倍。

  根據去年10月份發佈的年度報告,這家公司在電池業務上投資了1.5萬億日元(943億人民幣) ,並計劃在本世紀20年代初將固態電池技術商業化。

  在過去的十年中,豐田公司一次部署了多達200名員工,主要在靠近富士山的東富士研究中心研發這項技術。

  這家公司在使用固態電池驅動的數字鍾、兩輪滑板車和傳送帶方面取得了進展,隨後在其單座低速汽車 COMS 的改裝版本中測試了該技術。

  Ishiguro曾任豐田汽車公司的經理,他說這款車對研究人員來說更像是一種啟發,而不是一種交通工具。

  福特的米勒說,由於許多現有的電動汽車電池製造商專注於提高銷量和降低成本,豐田的主要挑戰者可能是美國的創業公司。

  為了提高這種可能性,大眾去年又拿出了1億美元,增加其在QuantumScape的股份,Quantumscape是由前斯坦福大學的研究人員創立的,總部位於加州聖何塞。

  總部位於馬薩諸塞州沃本的Ionic Materials公司,得到了Sun Microsystems的聯合創始人比爾·喬伊(Bill Joy)和汽車製造商雷諾、日產和三菱汽車組成的風險投資基金的支持。

  麻省理工學院能源實驗室旗下的SolidEnergy Systems公司同樣位於沃本,其首席執行官胡啟朝(Qichao Hu)在去年10月份於日本大阪舉行的一個論壇上表示,預計在2021年後開始對電動汽車上進行試驗。

  Solid Power是位於科羅拉多州路易斯維爾的一家電池公司,自2017年12月以來一直與寶馬合作開發電池。

  其首席執行官道格坎貝爾(Doug Campbell)說,不需要再過5到10年,固態電池技術就能在汽車上具有商業可行性。

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