有了这项技术,电动车无敌了?

Hello,大家好!我是Mogo

前两天给大家分享了一下纯电动之外的新能源,看来看去大家一直认为:还不如电动车靠谱。平心而论,电动车是一种天然高效的载具,但为什么大家依旧排斥?

无外乎是电动车还较低的补能效率,不稳定的续航里程,动不动起火的安全性……在其他部分已经十分成熟的今日,解决这些问题的关键都在于电池。

而前几日,有家公司宣布的一条消息,带来了汽车电池的突破。有了这项技术,电动最大的短板就要补齐了。

神奇电池

带来电池突破的公司,名为量子景观(QuantumScape)。他们在前几日宣布:已经将首批24层原型固态电池交付汽车厂商。

量子景观很谦虚的声称这些电池仅仅是一个较为初期阶段,带有实验性质的产品。在未来还将有几次重要的迭代,才能正式进入到实用阶段。但此前更初期的产品,已经带给了我们一些格外惊人的参数。

根据外媒此前的介绍,量子景观初期的产品已经有对比特斯拉4680电池革命性的优势。比如特斯拉75kw电池组,重约480kg,需要大约105升空间;同等容量的量子景观电池,仅有150kg,需75升空间。

不仅仅能量密度更大,量子景观的固态电池充电速率也是特斯拉4680电池的两倍多,还有着非常长的使用寿命。特斯拉宣称它们的电池可以在20万英里后,仅有10%的衰减。量子景观的电池则可以做到在行驶30万英里后,将衰减控制到10%以内。

为什么量子景观的电池可以有如此巨大的提升?

神奇的固态电池

量子景观的电池,是目前进展较快的固态电池,而固态电池一直被视作是电动汽车的未来。

什么是固态电池

汽车的动力电池,已经经历了三个阶段:铅酸电池、氢镍电池,直到现在广泛应用的锂电池。准确地说,我们目前应用广泛的锂电池,是液态锂电池,这里的液态是电池中电解质的形态。电解质是锂离子传输的重要媒介,对电池性能至关重要。

固态电池,主要指的是固态锂离子电池。其中的电解质,采用固体的形态存在。主要有三种形式:无机固态电解质,主要是各类氧化物、硫化物电解质;聚合物形态电解质,将锂盐包埋入聚合物基体;有机-无机复合固态电解质。

当然还有更为前沿的固态锂离子金属电池,比较超纲,大家可以自行了解下。受制于技术、工程等原因,目前还不能做到百分百使用固态电解质的电池,固态电池还需要百分之十左右的液态电解质。

固态电池,有什么好处?单单改变电解质就能带来性能的提升吗?

固态电池为什么好

固态电池有着非常夸张的能量密度。达到理想情况下,同等体积的固态电池储存的能力,将是现在液态锂电池的五倍之多。按照如今至少500km续航算,全面换装固态电池,续航突破2000km彻底解决续航焦虑轻而易举。

固态电池也有着非常好的安全性。目前的液态电池大电压工作时可能出现锂枝晶,一旦刺破隔膜,就有可能导致电池短路;液态电解质是有机液体,易燃烧,在高温下,还有可能产生更易燃的气体。固态电解质则有效避免这两大问题,提升整体的安全性。

固态电池的高安全性,高稳定性,自然支持更高的充电速度。充电速度的提升,也可以让电池补能的效率实现质的飞跃。同等电量,时间缩减到现在的几分之一,充电销量就接近加油了。

还有各种优势带来的综合结果,比如电池的重量、体积缩小了,带给电动车更大的空间,也带来更低的能耗。可以说,如果固态电池实现突破,电动车也将随之迎来一次大幅度的进步。

固态电池离我们有多远

目前,固态电池是一个非常火的研究方向。除了量子景观外,国外还有StoreDot、SolidPower、三星SDI等企业都在研究固态电池。国内电池宁德时代,也在研究固态电池。

但固态电池仍然面临着不少技术的瓶颈,目前的电解质材料大部分还处于理论阶段,还需要更加细致的研究。将电解质从液态转变为固态,对于电池其他部分的设计,也提出了新的挑战。

目前来看量子景观仍然是进度最快的那一个,在今年先后迭代了几代固态电池产品,如今更是实现了向车企交付的里程碑。但即便是按照量子景观自己的乐观估计,也需要到2024年才能实现量产。而宁德时代更是预测,要到2030年固态电池才能真的成熟。

而且,现阶段固态电池的成本仍旧不菲。目前量子景观的主要合作伙伴是大众,但大众ID.系列可能难以承受固态电池的高成本。在未来几年,我们或许会率先看到搭载固态电池的保时捷、宾利甚至兰博基尼。

未来的其他选择

除了最热门的固态锂电池外,还有一些正在研究中的电池技术,我们也简单了解下。

钠离子电池

固态锂离子电池解决了传统锂电池的安全性问题,但锂电池仍需耗费大量的稀有金属。最近两年碳酸锂的价格,就因为电动车的海量需求而暴涨。因而,用钠离子代替锂离子的钠离子电池,就成了降低电池成本的一条可行途径。

钠离子电池其实不是什么新技术,差不多和锂离子电池同时出现。钠离子电池经过多年的发展,也已经接近磷酸铁锂电池的能量密度。在安全性上钠离子电池也有优势,工作更稳定。成本更是钠离子电池的天然优势,综合成本将被锂离子电池降低百分之40%。

但钠离子电池如今只有宁德时代等少数企业推进,其主要劣势在于能量密度难以进一步提升,不利于应用于数码产品、电动汽车等对能量密度要求高的领域。目前的研究,也多是用于低速交通工具、储能设施中。

金属空气电池

将金属空气电池用于汽车,也是近几年来研究的一个方向。金属空气电池是以金属为燃料,与空气中的氧气发生氧化还原反应生电能的一种特殊燃料电池。金属空气电池的负极为金属,主要以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、汞、铁等作负极材料。

金属空气电池其实已经在生活中有所应用,比如助听器等就用到了锌空气电池。此前也有团队,研究在汽车上应用锌空气电池和铝空气电池。金属空气电池能量密度高,美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy的100kg重的铝-空气电池能让车辆行驶3000公里的电量。

但金属空气电池有个尴尬的性质:成熟的锌空气电池是一次性的,没法充电。目前主要研究的方向,在于制造出可以充电且保留空气电池高效特性,材料也便宜易取得的新一代金属空气电池。

石墨烯电池

石墨烯也是这两年科技新闻中的热门词汇,石墨烯是目前世界上已知最薄的材料,也是目前最坚硬、导热系数最高的材料,还是世界上电阻系数最低的材料,是一种理想的电池材料。

真正的石墨烯电池,理论容积可以达到锂电池的两倍以上。石墨烯本质还是碳,在地球上自然原料取之不尽,用之不竭。但石墨烯的制备还没有实现大规模、工业化的生产,因而真正的石墨烯电池还未能面世。

现在有不少打着石墨烯电池旗号的产品,本质上是利用石墨烯改善锂电池性能。国内传祺和华为都有相关产品,主体还是传统锂电池,但利用部分石墨烯改善了电池的电极性能。

写在最后

其实任何科学技术的应用,都离不开木板理论。往往决定一项产品竞争力的就是最短板,对于电动车来说,电池一直都是制约电动车进一步进步的瓶颈。如今我们对于电动车的担忧,也基本都是围绕于电池。

相比于研究各类更新的能源,电池的更新迭代有一个天然的优势。无论电池怎么变,对应的基础设施都是充电,无需像氢能源、生物燃料那样另起炉灶。

当电池有了突飞猛进的进步后,你会接受电车吗?

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