钜大LARGE | 点击量：1003次 | 2021年09月24日
电动汽车电池及充电技术大盘点
号称下一个乔布斯的硅谷奇才艾伦·穆斯克带着他的纯电动汽车来了。短时间内就被推上了神坛，更触动了国内电动汽车产业的敏感神经。甚至于造车狂人王传福都坐不住了，放出比亚迪分分钟可造出特斯拉的豪言主。日前王传福在比亚迪股东大会时所说，纯电动汽车技术不是问题，问题在于市场。真的吗？一直困扰电动汽车普及的电池问题完全解决了？电动汽车终有一天会取代传统燃油汽车，这是不可逆转的发展趋势。但就现阶段而言，困扰电动汽车普及的问题除了速度、马力等因素之外，还有一个重要的因素就是电池。今天，小编带大家来看看那些近期推出的可能推动电动汽车快速发展的电池及充电技术。
锂-空气电池超强蓄电能力或可替代现有锂离子电池尽管眼下我们用来给电动汽车供能的锂离子电池一直以来也都在改进，但一种流传很久的说法是，从技术上讲，当初启用锂离子电池可能是选错了道。若要使电池的性能与化石燃料相媲美，那么电池的能量密度就需达到约1000瓦时/千克。而眼下我们所使用的锂离子电池，就算性能翻番也只能达到400瓦时/千克。正如美国前能源部部长朱棣文所言，电池科技若要与内燃机相抗衡，其蓄电能力还得提升至当今电池的六到七倍。
而就是在这一点上，锂-空气电池以其十倍于锂离子电池的蓄电能力强势登场。但时至今日，这种电池除了在高度受控的实验室环境内可行之外，要在其他任何地方实现应用仍然是个重大的难题。在发表于美国化学学会（ACS）期刊《纳米快报》（NanoLetters）的论文（《用原位透射电镜观察过氧化锂电化学氧化反应的研究》）中，麻省理工学院和桑迪亚国家实验室的研究人员使用透射电子显微镜（TEM），深入探究了阻碍锂-空气电池进展中的一个难题析氧反应。研究人员正是在这一反应中首次观察到了过氧化锂（Li2O2）的氧化。过氧化锂是锂-空气电池放电过程中出现的副产物。观察显示，过氧化锂重要在电池基板的界面生成，后者由多壁碳纳米管制成。在该位置，过氧化锂阻碍电子流动，从而阻碍电池充电。然而，研究人员还发现，在充电时，当电子通过碳纳米管时，放电时形成的过氧化锂又会逐渐缩小。这意味着，假如能加快电池的电子转移，那么也就能提升这些电池的充电速度。虽然该研究仍然没有为这些电池在实验室环境之外的应用指明道路，但选取一种至少有望让电动汽车与化石燃料驱动汽车相比肩的电池科技作为未来的道路，也不失为明智之举。假如说，锂-空气电池还只是处于理论研究当中，或许还要漫长的等待时间。那我们不妨来看看下面这种全新电池技术。全新全固态锂硫电池加快电动汽车发展据报道，美国能源部下属的橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家设计出了一种全新的全固态锂硫电池，其能量密度约为目前电子设备中广泛使用的锂离子电池的4倍，且成本更低廉。该研究的领先者梁诚督（音译）表示：新电池中用到的电解质也是固体，这种设计思路完全颠覆了已延续150年到200年的两个电极加一堆电解液的固有电池概念，也解决了其他化学家一直担心的易燃问题。几十年来，科学家们一直很看好锂硫电池，其比锂离子电池效率高且成本低。但寿命短是其最大弱点，因此一直未被商用。另外，电池内使用液体电解质也成为科学家们的桎梏。一方面，液体电解质会通过溶解多硫化物从而帮助锂离子在电池中传导。但不利的是，这一溶解过程会使电池过早地被损坏。
现在，该ORNL研究团队的新设计方法清除了这些障碍。首先，他们合成出了一种富含硫的新物质并将其作为电池的阴极，其能传导锂离子和传统电池阴极中使用的硫金属锂化物，随后，再将其同由锂制成的阳极以及固体电解质（也由ORNL的研究人员研发而成）结合在一起，制造出了这种能量密度大的全固态电池。测试结果表明，新电池在60摄氏度的温度下，经过300次充放电循环后，电容可以维持在1200毫安小时/克，而传统锂离子电池的平均电容为140至170毫安小时/克。梁诚督表示，因为锂硫电池携带的电压为锂离子电池的一半，平均电容为其8倍，所以，新电池的能量密度约为传统锂离子电池的4倍。早在上世纪90年代，就有人开始研发锂硫电池，最近几年，国内外的相关研究工作更为活跃。较高的比容量和能量密度，意味着锂硫电池的单体重量和体积更小，放电能力更强，且成本低廉，这一切看似都与现今电动汽车发展的需求相当契合。然而毋庸置疑的是，其研究还有较长的路要走，比如还要进一步新增循环次数，并且该电池的能量密度和功率密度还要进一步的提升才能满足电动汽车市场的要。随着电池蓄电能力的不断提高，充电技术也将随之成为电动汽车普及的又一关键。首先，让我们来看看特斯拉是如何解决现阶段电动汽车因电池蓄电能力不足而导致所跑里程有限且充电时间过长的问题。特斯拉：建超级充电站网络解决电动汽车普及难题据悉，美国电动汽车制造商特斯拉到计划今年年底前，在美国组建成一个超级充电站网络，届时公众将能够轻松驾驶特斯拉电动汽车由洛杉矶前往纽约。目前特斯拉该充电站网络仅有9个投入使用，其中7个位于加州。按照原定计划，到2015年时，该网络投入使用的充电站数量将增至100个。但马斯克周三晚表示，特斯拉将加快该充电站网络的建设速度，该网络充电站数量将扩大三倍，我们将于明天向外界展示这些充电站所在位置的具体地图。
业界人士指出，充电站数量新增后，无疑将受到电动汽车驾驶员的欢迎。就目前而言，普及电动汽车的最大难题，就是缺乏一项低成本、高效率的电池技术。正因为如此，当前各类电动汽车充电后所跑里程数有所限制，充电时间也较长，而且汽车售价也比较昂贵。马斯克承认，电动汽车单次里程数不长的缺点，导致不少潜在用户对依靠电池供电的电动汽车持谨慎态度。马斯克说：人们在购买汽车时，他们也是在购买一种自由自在的理念，即他们能够前往任何地方而没有后顾之忧。马斯克称，在特斯拉超级充电站网络中，特斯拉电动汽车车主可在半路上为汽车充电，用时半小时，充电过程免费。业界人士认为，假如该超级充电站网络确实能够像马斯克所说那样得以快速发展，则无疑将给其客户带来诸多便利。接下来，我们看看沃尔沃的电动路概念。电动路：让电动汽车摆脱电池有关频繁停靠的长途货车和客车，固定停靠点充电站的用途有妈。为此沃尔沃提出电动路的概念，将城市道路铺满电缆。电缆是分段的，只有电动汽车发出特定的加密信号时，电动汽车下的那段电缆才会出现电流。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
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%
作为附加的安全措施，只有当电动汽车速度高于60km/h才会有电流出现。此外，西门子公司也在尝试顶部悬空电缆。但是，沃尔沃认为顶部悬空电缆成本高昂，并且不能被普通车辆使用（因为高度不够），还有，视觉效果也不好。有了充电站，接下来的要解决的问题就是充电时间过长。假如电动汽车充电也像燃油汽车加油那样方便，那将不再成为电动汽车站普及的坎。新型电动汽车充电标准：可20分钟充满电日前来自国外汽车工程学会的研究人员发明了一种能够在20分钟内将汽车电池充满的新方法。实际上，这种新方法其实并不新鲜，它重要是改变了传统充电连接器的新标准，使得汽车的充电接口能够接收直流电的快速充电。
据悉，新接口每次充电仅需20分钟即可将一台宝马i3充满80%，大概可支持行驶80英里（约合129公里左右。相有关以前的充电方式来说，效率上已经提高非常大。目前，包括宝马、通用、奥迪、克莱斯勒、戴姆勒、保时捷和大众等汽车品牌已经接受该新充电器已经其新接口，预计未来还将有更多的汽车厂商加入。新接口大大提高了充电效率，有关电动汽车普及意义极大。有关频繁停靠且长期运行的公共汽车而言，每次充电时间将更短，让我们来看看ABB公司的瞬间充电技术。十五秒瞬间充电技术让电动公交车永不停转ABB公司研发的这项新技术，将被用于瑞士日内瓦的大容量电动汽车上，作为无轨电车系统供给最优化（TOSA）试点项目的一部分。该技术能够让电动公共汽车在上下客的时候就完成充电。据ABB公司所说，这种公共汽车在指定的地点，能够在15秒内完成400千瓦的充电。这就使公共汽车在乘客上下车的时候就完成充电，而且在终点站充电3到4分钟就能将电池完全充满。ABB公司的首席技术官ClaesRytoft说道：通过快速充电技术，我们能够对新一代不要架空线的电动公共汽车进行试点。这个项目将为更灵活、更廉价的公共交通基础设施铺平道路，而且将减少城市污染和噪音。
快速充电器使用了一种激光控制的手臂，将充电器连接到汽车的插座上，它能够与公交车站点结合到一起。这种系统能够使电动公共汽车取代城市地区的有轨电车和地铁系统，而且在这个过程中能够摆脱难看的架空电力线路。这个系统被设计用于最优化关键城市区域的高频率公交车路线。由于为日内瓦这个试点项目供应的能量来自于水力发电，因此它被宣称为一种零碳排放的解决方法。但是这种说法并不准确，因为一些地区使用煤炭或者天然气进行发电。TOSA试点项目计划使公共汽车在日内瓦的机场和国际展览中心之间运行。电动汽车作为环保新能源汽车，替代传统燃油汽车是大势所趋。煤碳、石油、天然气等不可再生能源的日益短缺，新能源汽车的普及也显得更加迫切。但在逐步普及、逐步成为主流的过程中仍要各种新技术的支持。我们希望在这些新技术的助推中，电动汽车能早日进入普通百姓家，给人们的生活带来各多便利的同时也更加环保节能。
