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人类的历史可以从多个角度去解读,它可以是进化史,可以是商业史,可以是科技史也可以是能源史。从最后这个角度来看,人类经历了蒸汽机时代、电力时代、石油时代,到现在的新能源时代,未来对能源的定义可能会变得愈发抽象,大数据时代的开启可能会成为新时代下的新能源。回到当下这个时代更迭的时刻,新能源汽车已经成为风口,这种发展趋势在未来还将愈演愈烈。
但是,电动车从发展初期到现在在技术上也历经多次迭代升级,两大重要指标续航里程和充电速度也取得了显著提升。但是,行业也进入了一个发展瓶颈期,如何才能在续航上再求突破,一些厂家把目光聚焦在研发动力电池的新材质上。
我国新能源车制造商主要采用液态电池。然而,未来五年,依靠现有的三元锂电池,能量密难以实现高于Wh/kg的目标,也即无法达到国家要求。而且三元锂电池稳定性不高,许多车企出现电池自燃事故,引发消费者安全担忧。所以像特斯拉、比亚迪这样的主流新能源厂家,又重新请出磷酸铁锂电池,在保障安全性的基础上,寻找实现长续航目标的技术手段。
就目前的动力电池产业链来看,其包含了锂离子电池、燃料电池、超级电容、电池制造设备等相关要素。其中决定电池性能的关键要素为电池材料,主要包括电解液、隔离材料、正负极材料等。而所谓电池性能,衡量其最为核心的一个要素便是能量密度,它对应着车辆的续航里程表现。相比液体的三元电池,固态电池则是使用固体电解质,替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜,实现了更高密度的电池容量,有数据显示,固态电池的体积能量密度较液态锂电池可提升70%以上,达到Wh/kg。同时,固态电池还可大大降低热失控风险,具备更高的安全属性。
当然,优势明显的情况下,现阶段的固态电池也面临许多技术障碍,包括:大部分固态电解质电导率比电解液小10倍以上,快充性能并不佳;循环过程中物理接触变差,影响使用寿命;制备工艺复杂,造成了极高的制造成本等。就如蔚来汽车创始人李斌所言:固态电池量产的难度就在于高昂的成本。
所以在这种情况下,业内人士表示,鉴于固态电池目前面面临的技术和经济性挑战,其商业化路径线应该从小容量电池逐渐过渡到大容量的动力电池领域,也会从固液混合的半固态混成固态发展到全固态。综合来看,由于对更高能量密度、更高安全性的追求,目前各国都在加紧固态电池研发,以期抢占技术高点。即使实现全固态电池产业化尚需时间,但过程中的技术创新已经能被持续开发与应用,提升了产品力。
除了走固态电池这条技术路径之外,还有一种解答的声音就是采用石墨烯材料。石墨烯是世界上最薄、最硬、最轻,且透光率高、导电性佳的新型纳米材料。于年问世,其发现者英国曼彻斯特大学安德烈-海姆教授于年获得诺贝尔物理学奖。狭义上来说,石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体,广义上来说,10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。这种材料是目前已知的世界上最薄的材料,单层厚度仅有0.34nm。
目前石墨烯电池技术有两个大方向,一个是作为阳极镶嵌锂离子,另一种是作为导电剂存在。作为电极材料可以算是传统锂电池的改良版。传统锂电池一直采用多层石墨作为镶嵌结构。如果将石墨分成单层结构(石墨烯),石墨烯作为阳极的锂电池的理论容量将是传统锂电池容量的两倍以上。石墨烯对锂电池的重要性还不仅如此,石墨烯作为目前导热率最高的材料,如果使用石墨烯对锂电池进行散热,锂电池的快充速度能再次提升一个台阶。而目前市面上宣称的石墨烯电池是一个不准确的概念,准确的讲实际上都是在材料中加入一点石墨烯,以提高锂电池的部分性能,可以叫做石墨烯基锂离子电池。
写在最后:
新能源汽车产业发展至今也陷入了一个瓶颈期,非常需要一次技术革新来突破现有的壁垒。不过好在我们已经看到了前方那微弱的曙光,虽然这些电池技术还处于一种听上去很美的雏形阶段,但是从长期看,相信随着技术研发的持续投入,现在看来的天堑早晚都有跨越而过的一天。只要电动车突破了长续航和快充电这两座技术大山,那真正的新能源时代就在眼前。