為何電池技術就是沒有突破?

作者 | 發布日期 2015 年 02 月 11 日 12:30 | 分類 電力儲存 , 電動車 , 電池
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如果你想要一款加速度體驗良好的車,特斯拉 Model S 絕對能滿足你。當然,像這樣的電動車不僅能夠帶來良好的駕駛體驗,相較於傳統汽油車,它也不會對環境造成污染。但是,從電動車誕生至今,它都只有很小一部分市佔量。主要的原因是電動車的電池昂貴而且需要經常充電,可是,為什麼電池性能一直以來都不見起色?



電池技術無法商業化

在過去數年中,有無數的電池技術研究取得突破性的進展,但是這些當中,鮮少能夠被商業所使用,兌現低成本和多容量的承諾。比如成立於 2001 年的鋰離子電池初創公司 A123 Systems,曾宣稱,能將鋰離子電池的磷酸鋰鐵正極材料製造成均勻的納米級超小顆粒,因顆粒和總表面面積劇增而大幅提電池的放電功率,而且,整體穩定度和循環壽命皆未受影響。但最終於 2012 年以失敗告終。原因是,不能夠量產它所描述的那些鋰電池,也不能安全有效地轉換電量。

2012 年,位於美國加州的電池公司 Envia Systems 在華盛頓重大的會議上宣稱,研發出能量密集型電池,單位重量的鋰電池儲存能量是目前電池的兩倍,而 且成本降低一半。通用汽車一聽說能研發如此高能電池的 Envia,馬上向其投資了 700 萬美元,希望在電動車業務上進行合作。到了 2013 年,Envia 都沒有兌現它所宣稱的「驚人效果」,導致失去資助資金以及通用汽車公司的合作夥伴關係。另外,這家公司也受到美國高級能源研究計劃署 ARPA-E 的重視。 只能說,Envia 令人印象深刻的電池讓人興奮也讓人落空。

 

大公司的小進步

事實上,在電池行業中,由於電池技術的高門檻,初創公司難以單獨存活。因此,電池產業一般都是由大公司主導。 A123 Systems 前主管 Andy Chu 說:

能量儲存是一個「大廠」玩的遊戲,因為在研發電池中稍有不慎將會鑄成錯誤。雖然我希望電池新創公司最終會取得成功,但通過這幾年的歷史,(大家都可以看見,這些公司的)下場都不太好。

在過去的十年裡,我們見證了電池產業「突破性」的進展,但是這些都是來自大公司的一些穩定小進步。

  • Envia 的電池是一種新型的鋰離子電池,發明於 70 年代末、80 年代初,商業運用於 90 年代。它們變成一種可攜式電池,被人們用於電動車上。
  • 早在 90 年代,通用汽車在其電動車 EV-1 上使用廉價的鉛酸蓄電池,不僅車輛行駛的里程數較少,車上的鉛酸蓄電池也十分笨重。
  • 到了 2008 年,特斯拉引進鋰離子電池的電動車,雖然里程數比 EV-1 多了,但是價格昂貴。於是,有汽車製造商如日產汽車和通用汽車為了降低價格,打造出里程數少的電動車,其實主要是減少電動車的鋰離子電池。
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電池技術知之甚少

如果改變了電池中的某一部分比如引進一個新電極,所帶來的的問題是難以預見的。有些問題甚至需要幾年時間才能檢測到。當年,為了達到投資者和 ARPA-E 的期望,Envia 不是融合了一種電極材料而是兩種實驗性的電極材料進行研發。(其實,Envia 還是蠻拼的, 只不過,事情的結果就這樣罷了)在 2006 年,Envia 授權阿貢國家實驗室 ANL 的研究人員研發一種很有前景的電池材料,但是,一個嚴重的問題出現了:隨著時間的推移,電池的電壓改變後,它就無法使用了。

儘管 ANL 的研究人員深入研究這個問題,但原因仍無法得知。除了這個,Envia 還面臨一個挑戰:基於矽的電池電極問題。研究人員看似解決了這個問題:提出一套無法在實際中操作的解決方案。這讓 Envia 的研究人員們感到十分沮喪。

但是隨著時間的進展,以上這些大大小小的問題都差不多解決的時候,Envia 發現,電池中複合材料的微小變化都會改變整個電池的性能。當然,Envia 認為最終不能實現驚人效果的結果,是因為他們的電池材料供應商中有某些污染材料。當然,這個污染來自哪裡、是什麼,似乎也沒有人知道。

 

電池的進展不一定來自技術

其實,Envia 的故事很鮮明告訴大家,電池的進展包括性能與成本,不是來自突破性技術,而是來自像特斯拉與其電池供應商松下的密切合作關係。自從 2008 年以來,特斯拉的電池成本降低一半,電容量增加 60%。特斯拉並沒有刻意去改變電池的化學或者材料,而是提高製造效率和改進生產。還與松下一起根據汽車的需求進行適當的電池最佳化。

雖然很難想像特斯拉在鋰離子電池上進行微調整獲得持續性的發展,因為鋰離子電池的進步空間並不十分「寬敞」。或許到最終需要像 Envia 這樣徹底改變,才能獲取電池的跨越性進步。不過,至少 Envia 告訴我們,提高電池性能必須要密切結合製造業和工程技術,要生產實際使用的產品。

雖然以上內容看似在回顧 Envia 的歷史,但是這也是電池發展的一個縮影。近二十多年來,科技飛速發展。計算機從真空管元件時代演變成今天的超大規模積體電路,往日笨拙巨大的計算機如今小到能裝進我們的口袋中,但電池,遲遲不能跟上發展的步伐。或許也正是以上這些原因造成現今的局面。

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

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