目前,世界各国的研发机构一方面尽可能研究锂离子电池的极限,另一方面开始探索下一代锂电池,例如锂空气电池、锂硫电池等。其中,固态锂电池被寄予厚望。不过,下一代锂电池的量产乐观估计仍需5—10年。

电动汽车电池难题:下一代锂电池量产或需5到10年

电动汽车正成为普通家庭购车的选项之一,而续航问题是其扩大市场的一大短板。近期,德国汽车品牌保时捷公布了一项研究成果:功率高达450千瓦的超级充电桩,充电3分钟可续航100公里,15分钟即可充电80%。特斯拉也发布了新一代超级充电桩,充电时间可缩短一半。这种超级充电桩技术能否帮助电动汽车克服短板呢?

的确,超充技术将有助于电动汽车的长途出行,但尚不能彻底解决续航短、充电不便的问题。

与体积小巧的慢速充电桩相比,超级充电桩对供电线路要求高、占地面积大,无法安装在普通车位上。考虑到建设与运营成本,超级充电桩多见于城市郊区、高速路沿途。相关研究结果显示,普通消费者用车场景90%以上为市内短途出行,长途出行不到10%。因此,为住宅区、办公区与商业区的车位普及慢速充电桩,比建设超级充电桩更加务实。

此外,超充技术的实现,不仅需要建设强大的充电桩,也对锂电池性能提出了更高要求。在高达数百千瓦的充电功率下,电池可能出现寿命衰减问题,甚至安全风险。因此,为了与当前锂电池性能匹配,实际应用的充电桩功率要比预期低很多。目前,充电基础设施的建设目标是“夜间慢充为主,日间快充为辅”。超级快充的普及尚需时日。

如果说基础设施决定了补充续航里程的便利性,那么锂电池本身则直接影响续航里程的长短。对传统燃油车来说,想要实现续航里程增加一倍,只需将油箱相应扩大一倍,基本不会增加整车成本。这一招对电动汽车不管用。一方面,电池价格不菲,增加电池会显著增加购车成本;另一方面,电池的能量密度很低,增加电池容量会显著增加车重,从而降低续航里程。

随着技术提高和生产规模扩大,锂电池成本会逐步降低,而能量密度就成了主要难题。目前电动汽车的锂离子电池主要分为磷酸铁锂与三元锂两种。前者能量密度较低,主攻低成本与高安全性,应用在空间较为宽松的大客车上;后者能量密度较高,主攻高能量密度,应用在布局紧凑的轿车与SUV上。所谓三元锂,一般是指电池的正极由镍钴锰三种元素组成,调节三种元素的比例可以实现更高的能量密度。研究发现,能量密度越高的元素配比,稳定性、安全性一般也越差,这使得三元锂电池的技术前路困难重重。

新能源的发展不是一帆风顺的。多年来,风能、太阳能等产业发展历经起伏。其中的技术瓶颈、产业化掣肘等问题,仍有赖于人们共同努力去解决。电动汽车的发展也面临类似挑战。目前,世界各国的研发机构一方面尽可能研究锂离子电池的极限,另一方面开始探索下一代锂电池,例如锂空气电池、锂硫电池等。其中,固态锂电池被寄予厚望。不过,下一代锂电池的量产乐观估计仍需5—10年。在这种情况下,汽车行业开始重视氢燃料电池技术。虽然这一技术的完善可能需要更大的投入,但可以避开锂电池的能量密度限制,为解决电动汽车的电池难题提供了新思路。

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