電動汽車普及難題

 

        電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成熟,阻礙電動汽車發(fā)展的主要因素就是電池問題——成本高、體積大、容量小、續(xù)航里程短、充電時間長等。

 

        StoreDot公司位于俗稱以色列“硅谷”的赫茲利亞,現有職工75人,在以色列的高科技公司里算是規(guī)模大的了。公司以合成化學研究為基礎,通過采購和定制設備,建立起了包括有機合成化學實驗室、有機物測試平臺、高速旋轉材料混合器、薄膜基材表面噴涂機、電極烘干機、機器人電池組裝機、電池充放電測試平臺和電池內部材料特性變化檢測平臺等在內的小規(guī)模快充電池研發(fā)、生產和測試體系,致力于尋求最快速充電電池材料的優(yōu)化組合。公司成立于2012年,已發(fā)展成材料及設備應用創(chuàng)新行業(yè)的領導者。

 

        早在2014年的微軟ThinkNext大會上,StoreDot就展示了他們的手機FlashBattery,宣稱能夠在30秒內給手機充滿電。據StoreDot稱,他們利用納米技術合成了一種新的人造高分子材料,即生物有機多肽分子,StoreDot稱之為納米點。使用這種材料開發(fā)出的電池,可以以更快的速度存儲更多電量,就像超高密度的海綿,能夠迅速吸收并保留電量。        

 

        也許是因為當時的產品原型還處于初級階段,看起來比較笨重,以至于一些媒體當時誤報道為StoreDot公司開發(fā)了一款新型的超級充電器,可以在30秒內將一個電池用盡的三星Galaxy S4手機充滿電。

 

        新品量產看好中國

 

        在StoreDot位于赫茲利亞的總部,公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官多倫·梅爾斯多夫對記者說,這是個誤解,StoreDot研發(fā)的不是充電器,而是電池。不過對于這種快充電池,的確是需要特制的充電器,因為充電器的功率和輸出電流不同,充電時間也就不一樣。比如說,對于采用了StoreDot研發(fā)的FlashBattery的手機,如果使用輸出電流為50A的充電器,可在5分鐘內為手機充滿電。這種充電器也被稱為“20倍”充電器,因為其充電速度是現有充電技術的20倍。如果想在1分鐘甚至30秒內為手機充滿電,則需要使用“100倍”甚至更大的充電器。但是,“100倍”充電器的功率達到了200瓦,它的體積比智能手機本身更大,不方便放入手包中隨身攜帶。而且,為了更快充電,充電器需要與電池直接相連,智能手機制造商必須在手機背殼后鉆孔。可以想象,人們恐怕不愿意為此付出審美代價。因此,StoreDot認為目前最實際最簡單的解決方案是“20倍”充電器,因為它依然是袖珍型的。即使“20倍”充電器也要求特殊接口,而現在業(yè)內大多數使用USB和Type-C通用接口,要讓人們都接受它使之成為行業(yè)標準可能還需要一段時間。

 

 

 

        多倫介紹說,StoreDot研發(fā)的FlashBattery分為兩代,用于手機的第一代FlashBattery的技術問題基本已經解決。在StoreDot的研發(fā)實驗室,多倫向記者解釋了其成功秘訣,即用納米材料和合成有機材料的混合物取代了傳統(tǒng)電池中的石墨,在鋰離子快速通過合成有機材料進入活性材料實行快速充電的同時,又利用納米材料保護合成有機材料不膨脹和不分解,從而也消除了傳統(tǒng)電池快速充電時存在的安全隱患。混合物的納米材料是將包括硅在內的多種原材料加工成納米量級微粒后按比例混合而成,有機材料則是根據需要在公司有機化學實驗室中合成獲得。一塊FlashBattery的核心結構由50個正極和50個負極相互疊加且中間注入電解質而成,正極和負極分別是在鋁、銅薄片的單面鍍上納米材料和有機材料的混合物而來,鍍層厚度僅為7微米。正極和負極薄片的尺寸也僅為一張名片大小的2/3,電池完成組裝后,與現在市場上的手機電池大小相當。

 

        多倫說,第一代FlashBattery很快就可以投入量產,現在面臨的不是技術問題而是生產能力問題。即使在整個歐洲,也找不到任何一家工廠能夠具備一天生產一百萬塊電池的大規(guī)模生產能力。他表示非常看好中國,因為中國有充足的材料供應、大規(guī)模生產能力和廣闊的手機市場需求。

 

        快速充電才是關鍵

 

        根據全球移動情報公司Newzoo發(fā)布的全球移動市場年度報告,在全球范圍內,2016年智能手機用戶數量為23億,2017年將增長到26億。到2020年,這個將達到36億,接近世界人口的一半。其中,中國用戶最多,2017年使用智能手機的消費者高達7.17億。多倫透露說,StoreDot已經在中國深圳尋找到一個合作伙伴,現在仍在洽談,并在選址建設新的生產工廠,預計今年內能達成協議,明年就能開始投入大規(guī)模量產。

 

 

        在傳統(tǒng)能源供應日趨緊張、環(huán)境問題不斷加劇的大環(huán)境下,電動汽車逐漸成為各國重要的能源戰(zhàn)略,得以在全球大范圍推廣,但電池問題一直是阻礙電動汽車發(fā)展的重大絆腳石。續(xù)航里程短、充電時間長,讓車主們望而卻步。

 

        據福布斯調查,在目前的技術水平條件下,滿充的汽車電池最多能跑265英里(約420公里),一個標準的充電器需要幾個小時才能將其充滿,而使用特斯拉的超級充電樁也至少要75分鐘以上才能充滿。相對之下,化石燃料汽車添加一次燃料只需要幾分鐘,卻能跑500公里以上。這也在某種程度上大大地制約了電動汽車的發(fā)展和推廣,因為用戶在選購電動汽車時通常會有這樣的顧慮。2015年,美國的汽車銷量為1650萬輛,其中只有11.8萬輛是電動車。

 

        很多研究人員專注于提高續(xù)航里程,但StoreDot關注的是充電速度。多倫認為,快速充電才是讓電動汽車普及的關鍵。他說,如果讓司機在續(xù)航400英里但需要2個小時才能充滿電與只需要充電5分鐘就能續(xù)航200英里之間進行選擇的話,他肯定會選擇后者。    

 

        新型電池引領時代

 

        StoreDot的第二代FlashBattery就是用于電動汽車的快速充電電池,其原理和設計理念和第一代電池基本相同,從技術原理上講,給一塊電池充電和同時給十塊電池充電,其速度是一樣快的。也就是說,如果充滿一塊手機電池只需要5分鐘的話,給一輛電動汽車充滿電也只需要5分鐘,因為電動汽車的電池箱正是由7000塊手機電池組合起來的。

 

        多倫堅信,FlashBattery技術將給全球電動車市場帶來革命性的影響。首先,它將解決電池尺寸問題,為了確保更遠的續(xù)航里程,普通汽車電池又大又重。其次,充5分鐘就可行駛480公里,平均1分鐘就能行駛近100公里,這將極大地節(jié)省司機排隊充電的等候時間,大幅提高充電效率,從而可減少充電站的充電樁數量,大大降低駕駛電動汽車的整體成本。

 

        不過,第二代FlashBattery現在面臨兩大難題:一個是成本問題。使用第一代FlashBattery的手機,每臺成本可能會增加20至30美元,對消費者而言這不算什么,很容易接受,人們肯定很愿意為此付費。但對電動汽車來說,情況就不一樣了。1塊電池即使貴1美元,7000塊電池就貴了7000美元,整個車價就貴了很多。因此必須要找到更加便宜的電池材料,必須和傳統(tǒng)的鋰電池成本相當才行。另一個是電動汽車的電池需要大容量,所以體積也大,對散熱和安全等方面的要求也更高。

 

        多倫表示,StoreDot的第二代FlashBattery技術尚不成熟,仍在研發(fā)階段。研究人員將現有的材料反復進行組合、實驗,希望能找到最佳的比例配方。有些組合在實驗中顯示可以,但性能不夠穩(wěn)定,估計還需要一年的時間才能制造出性能穩(wěn)定的汽車電池。

 

        此外,等用于電動汽車的第二代FlashBattery研制成功后,還需要對城市的許多基礎設施進行重新設計和升級,才能夠滿足汽車電池快充的需要,包括建設全新的充電設備、電線、接口以及提高供電能力等。多倫舉例說,尼桑“樹葉”或雪弗蘭“Volt”這兩款小型電動汽車,需要3500塊第一代FlashBattery組成的電池組。該電池組要實現5分鐘快速充滿電,就需要功率高達350千瓦的充電設備。相比而言,特斯拉公司為其高端電動汽車提供“超級充電樁”功率只有120千瓦,兩者相差近3倍。

 

        多倫說,StoreDot公司的主要任務是為電動汽車提供快充電池,至于配套的充電設備特別是供電問題將由其他公司來解決。在他看來,這些技術不成問題,只要政府下定決心,很快就能解決。他相信,用不了幾年,電動汽車時代就會到來。