破譯續(xù)航密碼

如果有人告訴你一款電動(dòng)車可以續(xù)航800公里，你覺得神奇么？而當(dāng)他一本正經(jīng)的告訴你，

另一款電動(dòng)車可以續(xù)航3000公里，你會(huì)覺得他是在胡說八道么？

朋友，請(qǐng)不要懷疑“他”，我可以非常明確的告訴你，上面所說的句句是事實(shí)，下面就為大家?guī)泶死m(xù)航里程的事實(shí)佐證。

近年來，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，尤其是專注于超級(jí)電池研發(fā)的領(lǐng)域，頻頻爆出驚人的電池續(xù)航數(shù)字。為此，《汽車觀察》記者決定帶你一探究竟。

800公里的“曲折路”

前段時(shí)間，博世集團(tuán)公布了其同湯淺、三菱共同合作研發(fā)的全新一代鋰電池，并有望搭載特斯拉MODEL S，使其續(xù)航里程增至800公里，屆時(shí)，我們?cè)僖膊挥脫?dān)心跑中短途而被半路“擱淺”了。新一代鋰電池的量產(chǎn)并大批量應(yīng)用，在某種意義上會(huì)直接推動(dòng)電動(dòng)車的發(fā)展。

據(jù)《汽車觀察》記者從博世中國(guó)了解，2008年，博世集團(tuán)與三星各出資50%成立合資公司，雙方計(jì)劃未來5年內(nèi)投資3億至4億美元，從2011年開始批量生產(chǎn)符合混合動(dòng)力或電動(dòng)汽車使用要求的高效鋰離子電池，并在全球范圍內(nèi)銷售。然而，由于博世集團(tuán)和三星公司的DNA在合作中并不太合拍，基于需求等原因，合資公司成立4年來并沒有實(shí)現(xiàn)盈利，雙方最終在去年9月份宣布正式分手。當(dāng)月，博世出售了其與三星合資的鋰電池公司SB LiMotive的股份，從而終止了與三星在鋰電池技術(shù)上4年之久的合作。

汲取了上次的教訓(xùn)，博世在選擇伙伴上可算是費(fèi)了一番心思，最終三菱商事株式會(huì)社及蓄電池生產(chǎn)商GS湯淺國(guó)際兩家日本企業(yè)成為了二次攻堅(jiān)的座上賓，2013年三方達(dá)成協(xié)議，以50%、25%、25%的持股比例組建鋰電池研發(fā)生產(chǎn)公司，力求在現(xiàn)有鋰電池技術(shù)上有所突破，掌握電動(dòng)車關(guān)鍵技術(shù)，以應(yīng)對(duì)未來市場(chǎng)變化。

合作伙伴方面方面，湯淺則帶來了鋰離子電池制造的多年經(jīng)驗(yàn)和材料系統(tǒng)及電化學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，其高能量密度的鋰離子電芯可幫助實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程。作為一家同時(shí)為汽車行業(yè)和非汽車行業(yè)提供鋰離子電池產(chǎn)品的制造商，GS 湯淺擁有強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)實(shí)力和高度自動(dòng)化的生產(chǎn)能力。

三菱商事方面，借助其全球化的資源及營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)助力新公司的發(fā)展，將為新公司全球價(jià)值鏈體系的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，包括獲取自然資源，購(gòu)買材料，以及搭建全球銷售網(wǎng)絡(luò)等。

三家公司將緊密合作，通過先進(jìn)的電池管理技術(shù)以及在電化學(xué)和材料學(xué)方面的技術(shù)突破，顯著提高電池系統(tǒng)的儲(chǔ)能等級(jí)，同時(shí)也將進(jìn)一步降低電池的重量和尺寸，增加電動(dòng)車的續(xù)航能力。

“神速”的液體電池

據(jù)《汽車觀察》記者了解，有一種新型電池“充電燃料”——即在液態(tài)形式的電極中儲(chǔ)存能量。其實(shí)就是既可以像傳統(tǒng)電池那樣再充電，也可以通過注入新的燃料充電，就像加油一樣。開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的研究者們稱，這種材料理論上可以允許一輛電動(dòng)汽車一次充電行駛500英里（約合800公里），是現(xiàn)在大多數(shù)電動(dòng)汽車行駛距離的5倍。這項(xiàng)技術(shù)由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和伊利諾伊理工學(xué)院開發(fā)。在一座加油站重裝這種燃料只要幾分鐘。相比之下，即便是最快的傳統(tǒng)電池充電站也需要1小時(shí)來完全充電。

有限的行駛距離和長(zhǎng)充電時(shí)間是電動(dòng)汽車的兩項(xiàng)最大挑戰(zhàn)。液體電池電極可以通過提升電池組的帶電量，來實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離行駛，而且得益于需要較少的非能源儲(chǔ)備組件，電池組還更加便宜。資助這一工作的美國(guó)能源部先進(jìn)研究計(jì)劃署（ARPA-E）的項(xiàng)目經(jīng)理劉平對(duì)《汽車觀察》記者說：“使用液態(tài)電極的電池也比傳統(tǒng)的更安全。正負(fù)電極材料將存儲(chǔ)在分開的儲(chǔ)罐里，而不是像傳統(tǒng)電池一樣在同一個(gè)蓄電池單元里。這樣可以防止短路和過熱，避免鋰電池因此著火”。

在傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的電池中，一個(gè)電池組里高達(dá)75%的材料，由不儲(chǔ)存能量的組件構(gòu)成，包括電池封裝、傳感器、電連接器、冷卻系統(tǒng)等。通過液體儲(chǔ)備能量，至少在理論上可以消除大部分材料，降低電池組的尺寸和成本。關(guān)鍵在于從用于提取能量，產(chǎn)生電流的結(jié)構(gòu)中分離儲(chǔ)能材料。在傳統(tǒng)電池中，每一層電極材料都配有一張鋁箔和塑料薄膜，以便電子和離子流動(dòng)產(chǎn)生電流。如果你想儲(chǔ)存更多能量，就需要添加更多的鋁箔和塑料薄膜。

在新電池中，液體電極將存儲(chǔ)在儲(chǔ)罐里，并被泵過一個(gè)相對(duì)較小的設(shè)備來交互和發(fā)電。增加儲(chǔ)能只需制造更大的儲(chǔ)罐，發(fā)電的裝置可以保持相同的大小。儲(chǔ)罐越大，發(fā)電設(shè)備占總體積的比例就越小。

液體電極已經(jīng)存在了一段時(shí)間，例如作為一種叫流體電池的設(shè)備的一部分，但它們通常把能量?jī)?chǔ)備在稀溶液中，用于汽車就顯得體積過大。一些電池?fù)碛腥刍姌O，更適合靜止的用途。每個(gè)ARPA-E項(xiàng)目都致力于設(shè)法將液體的能量密度增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。麻省理工學(xué)院分拆出的24M公司是這一領(lǐng)域的先驅(qū)，已經(jīng)展示了將高濃度的高能量電極粉末懸浮，并從中提取能量的可能性。主要的挑戰(zhàn)是令實(shí)際電池達(dá)到足夠高的導(dǎo)電性。

伊利諾伊的研究人員有一個(gè)類似的方法。他們強(qiáng)調(diào)使用納米粉末可以以非常高的濃度懸浮，并且仍然容易流動(dòng)，這得益于如此小尺寸顆粒的特殊性質(zhì)。他們還開發(fā)了一種新的方法從粒子提取電流，并希望這將使得他們?cè)黾与妼?dǎo)率。直到他們完成專利申請(qǐng)前，這一技術(shù)的細(xì)節(jié)是保密的。

3000公里不是夢(mèng)

近日，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司展示了一種超級(jí)電池技術(shù)。充滿電的電池是一塊由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產(chǎn)生化學(xué)作用，將鋁變成氧化鋁，從而釋放出能量，可以讓電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程達(dá)到3千公里，你只需每月加水就行。

一輛電動(dòng)汽車能否連續(xù)馳騁19個(gè)小時(shí)，從多倫多開到1800公里外的哈利法克斯，全程無需停車充電？這在理論上將是可行的。近日，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利爾向大眾展示了這樣一種具有超級(jí)續(xù)航能力的電池技術(shù)。

以鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車難以普及的最大障礙是行駛里程有限，目前的續(xù)航能力大多在135公里（日產(chǎn)Leaf）至480公里（特斯拉S型）之間，除非大量安裝快速充電站，否則不適宜駕駛電動(dòng)汽車遠(yuǎn)途旅行。美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲(chǔ)存了可行駛3000公里的足夠電量。相比之下，特斯拉Model S的電池超過500公斤，而行駛里程不到500公里。

新電池并不是從普通電網(wǎng)充電，而是在美鋁公司水電站的熔煉車間充電，充滿電的電池其實(shí)是一塊大部分由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產(chǎn)生化學(xué)作用，將鋁變成氧化鋁，從而釋放出能量，為汽車持續(xù)提供動(dòng)力。鋁的氧化反應(yīng)在鋁暴露在空氣中時(shí)會(huì)自然發(fā)生，表面的氧化鋁會(huì)阻止深層的鋁繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，新電池采用的新技術(shù)則包含了電解質(zhì)可溶解表面氧化層，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

按照美鋁加拿大公司的介紹，使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池，鋁電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動(dòng)，因此可以用很長(zhǎng)時(shí)間，期間只需每月加注清水。通常在一年左右達(dá)到使用極限后，到服務(wù)站更換充滿電的鋁電池即可。

使用這種帶有附加電池的原型車，上星期在蒙特利爾的一級(jí)方程式賽道上經(jīng)過了試駕。Phinergy公司還于6月4日在加拿大國(guó)際鋁業(yè)大會(huì)上介紹了這一新的發(fā)明。目前，發(fā)明企業(yè)正與魁北克省商議生產(chǎn)協(xié)議，爭(zhēng)取使這種零排放汽車能夠早日投入試運(yùn)行。

超級(jí)電容技術(shù)的未來

到目前為止，業(yè)界一致認(rèn)為鋰離子電池仍是電動(dòng)汽車的主要能源儲(chǔ)備方式，不過眼下已經(jīng)有數(shù)家公司開始考慮采用超級(jí)電容產(chǎn)品作為鋰離子電池的一種良好補(bǔ)充設(shè)備。

比較傳統(tǒng)的電池產(chǎn)品，超級(jí)電容能存儲(chǔ)的電量并不多。因此在家中充電式（Plug-in）電動(dòng)汽車上，這種電容并不能作為供電設(shè)備而單獨(dú)使用，而需要與燃料電池一起配合使用。另一方面，超級(jí)電容又具備快速瀉放所存電能的能力。另外，這種電容的充電時(shí)間也很短，只需要幾秒或幾分鐘時(shí)間便可以完成充電，而且多次充電后的性能也不會(huì)有降低。

據(jù)有關(guān)電池方面的專家對(duì)《汽車觀察》記者表示，超級(jí)電容未來面臨的主要課題是如何增加這種電容的工作電壓，使其可以在高電壓環(huán)境下工作。超級(jí)電容是環(huán)保能源的一種良好補(bǔ)充，能使電池、燃料電池、太陽能或風(fēng)能發(fā)電等供電方式更為完美，同時(shí)這種電容所用的制作材料也相當(dāng)環(huán)保，價(jià)格部分也較為容易令人接受。

鋰電池不會(huì)成為主流

現(xiàn)在很多文章鼓吹鋰離子動(dòng)力電池，鋰離子動(dòng)力電池是未來電動(dòng)汽車的希望，如果你對(duì)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和物理原理充分了解，不管是錳酸鋰電池還是磷酸鐵力電池，都是難以應(yīng)用到大功率鋰離子電池。

《汽車觀察》記者電話采訪了在電池領(lǐng)域非常有研究的專家，他對(duì)記者表示，鋰離子電池大功率充放電時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重：不管是錳酸鋰電池還是磷酸鐵力電池，其內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)理都是依靠鋰離子在有機(jī)電解液中的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)充放電。離子運(yùn)動(dòng)的阻力很大，遠(yuǎn)大于電子在金屬/炭黑中的運(yùn)動(dòng)電阻，為了克服鋰離子運(yùn)動(dòng)的阻力，就會(huì)耗功而大量發(fā)熱，因此，各種鋰電池在充放電時(shí)都會(huì)明顯發(fā)熱，大功率充放電時(shí)尤其發(fā)熱升溫嚴(yán)重，升溫會(huì)達(dá)到20～70度。這是大功率鋰離子動(dòng)力電池天生的缺陷，無法克服的。近幾年報(bào)道的手機(jī)/電腦鋰電池爆炸事故，都是因?yàn)槌浞烹姲l(fā)熱，

第二，由于電解液中六氟磷酸鋰的分解溫度很低：六氟磷酸鋰是目前最便宜的較好鋰電池電解質(zhì)鹽，但分解溫度在70～90度，一旦鋰電池發(fā)熱嚴(yán)重又散熱不良，就會(huì)分解放出劇毒的氟化氫氣體而導(dǎo)致鋰電池內(nèi)壓力猛增，最終鋰電池炸裂。

第三，金屬鋰太活潑：只要鋰電池內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重導(dǎo)致六氟磷酸鋰分解放出氟化氫，負(fù)極沉積的金屬鋰和氟化氫會(huì)劇烈反應(yīng)放出氫氣而爆炸，并且引燃有機(jī)電解質(zhì)。

第四，結(jié)構(gòu)太復(fù)雜：正負(fù)極需要有機(jī)隔膜隔離，這層隔膜的耐溫能力很低，在發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)很容易軟化而刺穿，引發(fā)正負(fù)極斷路。

第五，能量密度很一般：在鋰電池中，只有活性金屬鋰，才是儲(chǔ)能物質(zhì)，各種整裝的鋰電池中，所含有的金屬鋰在整個(gè)鋰電池中的重量低于1%，

第六，壽命太短：理論上的僅僅2000次，在頻繁充放電下，理想狀態(tài)也最多只有2年需要更換。