新能源汽車(chē)電池技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)
新能源汽車(chē)之所以能夠發(fā)展起來(lái)無(wú)外乎各國(guó)政府政策的支持，但更大的原因在于人們對(duì)于環(huán)保意識(shí)的覺(jué)醒。大家都知道燃油車(chē)對(duì)于環(huán)境的危害是巨大的，尤其在如今燃油車(chē)數(shù)量不斷增加的情況下，新能源汽車(chē)的出現(xiàn)是汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的必然。制約新能源汽車(chē)發(fā)展的最大因素并不是配套設(shè)施，設(shè)施只要有著資金的投入是可以輕而易舉的完成的。最主要的因數(shù)在于新能源汽車(chē)發(fā)展技術(shù)以及人們的認(rèn)可程度，還有新能源汽車(chē)是否真的環(huán)保，否則發(fā)展這一切也就失去了意義。
市面上流行的新能源汽車(chē)主要有以下4種類(lèi)型，純電動(dòng)汽車(chē)，插電式混合動(dòng)力，混合動(dòng)力，氫燃料汽車(chē)四大類(lèi)。對(duì)于這幾款車(chē)型而言，并不意味著誰(shuí)淘汰誰(shuí)的問(wèn)題，也不存在誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣的情況，而是在不同的地區(qū)市場(chǎng)會(huì)有不同的表現(xiàn)。而在中國(guó)，出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的需要，在各個(gè)發(fā)展領(lǐng)域都有涉及。但新能源汽車(chē)的發(fā)展歸根結(jié)底在于電池技術(shù)的發(fā)展，不管是哪種車(chē)型都是依賴(lài)于電池技術(shù)。
純電動(dòng)汽車(chē)最早使用的是鉛酸電池，鉛及其氧化物制成作為電極材料，硫酸溶液作為電解液，這是現(xiàn)在大部分電動(dòng)自行車(chē)的動(dòng)力源，低成本是其最大的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，因?yàn)殂U酸電池的能量密度低，從而帶來(lái)了體積大、容量小等問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足一臺(tái)汽車(chē)對(duì)于自重的控制、驅(qū)動(dòng)力的消耗，乃至每年超過(guò)1萬(wàn)公里行程的使用壽命，所以無(wú)法大規(guī)模用于量產(chǎn)車(chē)上，最終被汽車(chē)廠商淘汰。
鎳氫電池與我們的日常生活很近，從早期的隨聲聽(tīng)到現(xiàn)在的充電牙刷等小型電器很常見(jiàn)，正極為鎳氫的化合物，負(fù)極為金屬氫化物，其能量密度、充放電次數(shù)相比鉛酸電池有不小的提升，并且電解液不可燃、安全性有保障，制造工藝成熟，比亞迪在造車(chē)之前就是全球第二大的鎳氫電池制造商。不過(guò)，因?yàn)殒嚉潆姵爻潆娦室话?、有充電有記憶效?yīng)、工作電壓較低（無(wú)法使用高壓快充），并不適用于汽車(chē)的單一動(dòng)力源，適合輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作。后來(lái)隨著鋰電池的廣泛推行，逐漸退出了汽車(chē)領(lǐng)域
鋰電池正是現(xiàn)階段新能源車(chē)的主流選擇，鋰的化合物（錳酸鋰，磷酸鐵鋰等）作為電極材料，石墨作為負(fù)極材料，其優(yōu)勢(shì)在于能量密度高、體積小、重量輕、充電效率高。決定鋰電池類(lèi)型或者說(shuō)性能的主要因素，在于電池兩極的材料，其中正極的材料是現(xiàn)階段的關(guān)鍵，如主流的磷酸鐵鋰、三元材料中的鈷酸鋰、鎳鈷錳等，在容量、成本、低溫充放電、安全性等多個(gè)維度上存在差異。不過(guò)鋰電池受氣溫的影響比較大，在冬季受氣溫影響續(xù)航里程只能達(dá)到平時(shí)的60、70%，嚴(yán)重受限。雖然一直采取相應(yīng)的措施，但是效果并沒(méi)有理想中那么好。
上面是現(xiàn)有電池的種類(lèi)，下面說(shuō)一下未來(lái)電池的種類(lèi)會(huì)是什么樣的。
大家都知道H2＋O2燃燒最終得到的水，所以氫氣是非常理想的清潔能源。就氫氣本身來(lái)說(shuō)，燃燒可以釋放大量的能量、低溫表現(xiàn)上佳，最重要的加氫的效率高，加氫只需5分鐘就能行駛超過(guò)600公里，并且這個(gè)數(shù)據(jù)還有提升的空間，以上這些都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的鋰電池。
關(guān)于氫燃料電池車(chē)投入方面，日、韓兩國(guó)的車(chē)企早就開(kāi)始了研究，如今已經(jīng)小范圍投入到了各自國(guó)家的市場(chǎng)中，如筆者春節(jié)前試駕的現(xiàn)代NEXO氫燃料電池車(chē)，已經(jīng)大量用于平昌冬奧會(huì)并上市銷(xiāo)售。
而氫氣這么好的能源，為什么不推廣？因?yàn)橐袁F(xiàn)在的技術(shù)獲取氫氣太難了。大家都學(xué)過(guò)電解水能得到氫氣，但耗費(fèi)電能去電解水，然后再燒氫氣最終變成水，這個(gè)過(guò)程的用電量和損失還不如直接給鋰電池充電，成本太高。而成本、工藝都比較合適的是從石油、天然氣里提取，但量并不大，所以燃料電池車(chē)“只聞其名、難以推廣”。
石墨烯電池
對(duì)于未來(lái)新能源車(chē)的動(dòng)力電池討論，最靠譜、討論最多的要屬石墨烯電池了，將一些專(zhuān)業(yè)角度的解讀“翻譯”一下就是：用這種材料結(jié)合鋰電池有兩種使用方法，一是用石墨烯的復(fù)合材料作為鋰電池的導(dǎo)電劑，二是直接用作負(fù)極，效果都是增加鋰電池的活性，從而提升電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程、充電速度。
石墨烯－碳化海綿鋰氧電池
石墨烯電池可以有效解決鋰電池的短板，產(chǎn)品特質(zhì)與新能源車(chē)用戶(hù)使用直接掛鉤。這種材質(zhì)的好處確實(shí)大，而且韓國(guó)三星也已經(jīng)對(duì)外公布掌握了這項(xiàng)技術(shù)，但成本是一大瓶頸，石墨烯的獲取不太容易，早期是用于航天領(lǐng)域的一種材料，何時(shí)、采用什么方式降低成本，將是這項(xiàng)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品“飛入尋常百姓家”的一大難題，各個(gè)汽車(chē)廠商都還沒(méi)有公布在這方面發(fā)力的計(jì)劃。
石墨烯鋰電池效果圖
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)車(chē)的工作原理是“充電直接用電”，氫燃料電池車(chē)則是H2＋O2 “燒成”（化學(xué)反應(yīng)）電能和水，相當(dāng)于“燒氫”來(lái)發(fā)電。兩種“電池”同樣都是零排放，電動(dòng)車(chē)鋰電池能力密度更小、低溫活性差影響續(xù)航，充電速度慢的問(wèn)題，氫燃料電池完全沒(méi)有，而且工作效率要高出不少，這正是氫被稱(chēng)為優(yōu)質(zhì)能源的原因。
固態(tài)鋰電池顧名思義就是不再使用液態(tài)的電解液，采用固態(tài)電解質(zhì)，其能力密度遠(yuǎn)超現(xiàn)在的主流的鋰電池，這意味著純電動(dòng)車(chē)型更高、甚至達(dá)到節(jié)能型汽油車(chē)的續(xù)航里程，并且充電效率相比現(xiàn)階段也有著質(zhì)的飛躍，據(jù)悉裝備固態(tài)電池的電動(dòng)車(chē)，最理想化的充電速度可達(dá)到1分鐘增加800公里，這可以說(shuō)是新能源車(chē)的最佳核心部件。
現(xiàn)階段，一些海外的能源、科技企業(yè)，以及松下等電池制造商都開(kāi)始了固態(tài)電池的研發(fā)，汽車(chē)廠商涉及這方面的只有豐田、本田以及日產(chǎn)三大日系車(chē)企，這源于日本國(guó)家層面的助推。從已經(jīng)開(kāi)始研究固態(tài)電池的各方計(jì)劃來(lái)看，預(yù)計(jì)2020年將在成本、能量密度和生產(chǎn)制造方面有突破性進(jìn)展。到2030年才能將這項(xiàng)研發(fā)成果落地、在新能源車(chē)領(lǐng)域廣泛普及，即離我們還有些遠(yuǎn)，這也是各大車(chē)企發(fā)布2025年全球禁售燃油車(chē)的應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略時(shí)，并未提及固態(tài)電池的原因。
