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说到电动汽车,大家总觉得是近二三十年的产物,实际上它已经存在100多年了,而且出现的比燃油车还早,早在19世纪中期,就有使用铅酸电池的电动汽车出现,从目前来看,很难找到有哪个产业像电动汽车这样,在100年前就已经快速爆发,却又逐步衰落的产业,却在今天重新回到大众的视野。?
虽然电动车已经有了百年历史,但是在21世纪之前,受限于电池技术和科技水平,电动车始终没有引起大的波澜,直到21世纪初期,电池技术有所突破,各国开始大规模应用电动汽车。这一阶段电池密度提升,电动汽车的续航水平提升非常快,电机的动力表现已经不弱于一些低排量的燃油车。?
纯电动车经过几年的发展,也已经逐渐呈现品牌化、规模化趋势。这些都是影响人们购车时的主要因素。目前,研发和生产纯电动汽车的品牌不在少数,几乎所有的汽车品牌都想和新能源挂上钩,甚至保时捷都推出了自己的纯电超跑。?
虽然现在很多纯电汽车续航里程都能达到500km以上,但是当下人们快节奏的生活方式以及受限于电池和充电技术,电动车续航和充电问题始终是目前电动车车主最头疼的问题,所以研制新款电池成为了下阶段各大车企的终极目标,电池技术进步到什么程度,新能源革命就推进到哪一步,一通百通,是未来新能源革命的第一推动力。?
目前燃油车的续航里程大都在600km左右,如果电动车想要达到这个标准,现有的电池系统能量密度翻一倍半,从普遍的160wh/kg,到400wh/kg,才是电动车彻底取代燃油车的开始。这个指标意味着600km的续航,80度电,总重大约200kg。现在这个重量大约是450-550kg之间。?
但是目前主流的汽车电池,无论是磷酸铁锂电池,还是三元锂离子电池,都是液态电解液的锂离子电池,理论的最高能量密度就是350wh/kg,如果再加上各种电池管理系统,能够做到全系统300wh/kg,基本上就是极限。?
因此最终要解决电池的能量密度问题,消灭里程焦虑,最后的方案一定是固态电池。
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。?
在生产固态电池电动汽车的竞赛中,丰田似乎已经处于领先地位。日前,根据《日经新闻》的报道,这家日本汽车巨头计划在2021年首次亮相其首款原型车。丰田在固态电池专利数量上处于领先地位,拥有超过1000项与该技术相关的专利。?
最近丰田向外展示了其固态电池技术的成绩,而且同时也计划在2021年推出一款搭载固态电池的原车型。
丰田的这台原型车本来计划在2020年东京奥运会期间向公众展示,但由于疫情原因才拖延到2021年。根据测试中取得的数据来看,丰田的固态电池原型车在充电速度上要明显优于锂离子电池很多,仅需15分钟便可从零电量充至满电,续航达到500公里。
据估计,一台量产固态电池汽车的续航里程可以达到1000公里,充电时间为10分钟。固态电池随着时间的推移老化程度较低,丰田的目标是在30年的使用寿命内保留90%的电池性能,让固态电池汽车在整个生命周期内都有一个非常好的续航表现。
想必很多人有疑问,这么好的电池为什么不量产呢?
主要还是因为固态电池的生产仍然存在瓶颈。固态电池的关键是固态电解质材料,导致现阶段固态?电池难以发展的最主要原因也正是电解质材料未能获得突破。现有的无机固体电解质和高分子聚合物电解质材料,还没有任何一种既有高离子电导率和机械强度,又有良好的加工性能。
为了帮助加快该技术的开发,日本政府正考虑将新设立的2万亿日元(192亿美元)脱碳基金的一部分用于在国内建设固态电池生产基础设施。三井物产、汽油公司Idemitsu?Kosan和住友化学等工业企业都在准备生产固体电解质。大众汽车表示将在2025年之前生产出自己的固态电池,日产汽车预计在2028年生产出固态电池样车。
而国内车企在固态电池领域也已经有了不小的进展,早在2017年,北汽新能源率先立项启动固态电池及整车搭载匹配技术研究,与国内外多家固态电池公司建立合作伙伴关系,开展技术交流,明确开发方向,识别固态电池开发难点,历经多轮方案迭代和反复测试,最终整车调试下线,完成了从概念到样件、从试验室到试制线、从台架测试到整车搭载的突破。
近期北汽蓝谷在互动平台表示,目前公司固态电池研发项目取得了一定阶段性进展,正在开展整车相关试验。
但是原型车充其量只能算测试车辆,并不等于是量产车,也就是说目前所有的固态电池车辆还在测试研发的阶段。按照目前各个品牌对于固态电池研发进度的情况来看,即使丰田是最快实现在量产车辆上使用,最快预计也要在10年以后,至于未来10年会不会有其他电池技术弯道超车,固态电池未来的路到底会怎样,我们都还不得而知。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
日前,据外媒报道,丰田和京都大学(Kyoto?University)研究人员正在联合开发新一代电池技术。其正在研究的新型氟离子电池,单位重量的能量可以达到传统锂离子电池的7倍,可以支持电动汽车一次充电行驶1000公里。
据悉,该研发团队已经开发出了一种基于氟离子的可充电固态电池原型。理论上,该电池原型具有更高的能量密度。工作原理方面,该电池是利用氟离子来导电,通过将氟离子从一个电极转移到另一个电极来发电。阳极由氟、铜和钴组成,阴极主要由镧组成。此外,研究人员用固体电解质代替了锂离子电池中使用的液体电解质。这种固态电池的另一优势就是热稳定性较高,不会有着火的风险。工程师们可以大幅度增加电池的充放电功率,而不用担心电池过热而起火自燃。
当然,目前来看,这一电池技术的落地还面临着很大的挑战。其中之一就是只有在高温环境中,固态电解质被充分加热后,氟离子才会向电极移动。也就是说,该电池只能在高温条件下工作,而高温环境可能会导致电池电极受热膨胀。不过,京都大学和丰田研究小组称,他们已经找到了一种防止电极膨胀的方法,即用钴、镍和铜的合金制造电极。但是,具体改进情况还有待试验验证。
新能源汽车产业发展以来,很大程度上推动了电池相关技术的进步。当前,人们也越来越期待氟离子电池的早日商业化。但从锂离子电池的发展轨迹来看,锂离子原型电池于1985年被开发出来,到1991年开始商业化,中间间隔6年之久。所以氟离子电池的商业化,还需要很长的路要走。据有关专家表示,商业上可行的氟离子电池可能要到本世纪30年代才会普及。
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