钜大LARGE | 点击量:424次 | 2021年09月21日
攻关电动汽车的电池瓶颈
提高电池的能量密度,是解决电动汽车这个大市场的关键。图示为对未来十年内,电动汽车电池单位能量价格的估计。
来源:先进汽车电池公司,波士顿咨询集团、德意志银行、电子化联盟、国家研究委员会、派克研究中心。
和普通汽车相比,电动汽车仍然过于昂贵且局限性太多,后者只在几个定位市场有优势。这一点会改变吗?答案与电池技术关系密切。电力更足且价格更便宜的电池,能使单次充电行驶距离从目前的70英里提高至数百英里,可对内燃机形成有力挑战。
许多专家同意,要达到这一目标,电池技术要来一次大改变。像完全电动的日产树叶(NissanLeaf)和雪佛兰与通用的合作车型沃蓝达(ChevroletVolt)这些电动汽车,有赖于为智能手机、iPad和超薄笔记本供电的锂离子电池的加大版。因为锂离子电池的出现,将金属纽扣电池的能源密度提高了一倍,金属纽扣电池在上世纪80年代用于砖头大小的手机和其他许多消费电子产品中。
通过使用锂离子电池,像日产这样的公司预测,它们已经找到了电动汽车的单次充电行驶距离和有亲和力的价格间的正确平衡点,以满足那些行驶距离有限的驾驶员的需求。日产(Nissan)公司的叶子(Leaf)电动汽车的全球销量已达2万辆(在美国的售价为3万3千美元)。
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
然而问题在于,尽管对锂离子电池的乐观已持续了数十年,其价格却依然昂贵,性能依然有限,而且可能不会有什么进展。像沃蓝达使用的电池组大概要1万美元,内燃机的单次充电行驶距离约为40英里。根据美国能源部估计,叶子使用的电池大约1万5千美元,根据路况不同,大约每行驶70英里就要充一次电。据美国科学院(NationalAcademyofSciences,NAS)的报告称,假设油价为每加仑4美元,那么在2040年前,单次充电行驶范围在40英里上下的插入式混合电动汽车,和传统汽车相比,在成本上不大可能具有竞争力。
有关锂离子电池组的成本估计,变动范围很大。美国科学院的报告中的估计结果为每千瓦时625至850美元。像沃蓝达这样的车型要16千瓦的电池容量。但要让电动汽车真正变得流行,底线在于电池必须要比现在便宜的多,而且要大幅提高单次充电行驶距离。
以传统锂离子技术能否达到这一目标,是个尚待争论的问题。尽管一些电池制造业的相关人士称传统技术还有提升的空间,但以美国科学院为例,其报告中就提到,尽管锂离子电池在过去10年来价格已大幅降低,但降价的趋势似已趋于平缓。报告中推断,即使按照乐观的假设,到2030年时,锂离子电池的成本也要高达每千瓦时360美元。
然而,美国能源部(U.S.DepartmentofEnergy)却对电动汽车电池有着远为宏伟的目标,即:在2020年将成本降低至每千瓦时125美元。为了达到这一目标,要激进的新技术。作为鼓励电池技术创新措施的一部分,能源部的ARPA-E计划已经资助了10项工程,其中大部分都有新创公司参与,以求找到改变游戏规则的技术,将电动汽车的单次充电行驶距离增至300到500英里。
能源部已经为开发大批新技术投入了5700万美元,这些技术包括金属空气电池、锂硫电池和固态电池。受助公司中有一家位于麻省剑桥的派立昂技术公司(PellionTechnologies),正在研发镁离子电池,其能量密度是锂离子电池的两倍。另一个受ARPA-E资助的新创公司是位于亚利桑那州图森市的锡安力量(SionPower),该公司承诺,研制出的锂硫电池的能量密度是传统锂离子电池的三倍,而且能够供电动汽车行驶达300英里。
ARPA-E计划意在支持高风险项目,所以很难了解新的电池技术能否成功。但假如能源部达成了这一宏伟目标,就将真正改变电动汽车的经济学。提高能量密度已经改变了我们的交流方式,总有一天也将改变我们的交通方式。
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