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为何电池技术就是没有突破?

2015-02-10 17:59 柏蓉

为何电池技术就是没有突破?

如果你想要一款加速度体验良好的车,特斯拉Model S绝对能满足你。当然,像这样的电动车不仅能够带来良好的驾驶体验,相比较于传统汽油车,它也不会对环境造成污染。但是,从电动车诞生至今,它都只是占了很小一部分市场份额。主要的原因是电动车的电池昂贵而且需要经常充电。可是,为什么电池性能一直以来都不见起色?

电池技术无法商业化

在过去的数年中,有无数的电池技术研究取得突破性的进展,但是这些当中,鲜少能够被商业所使用,兑现低成本和多容量的承诺。比如成立于2001年的锂离子电池初创公司A123 Systems,曾宣称,能将锂离子电池的磷酸锂铁正极材料制造成均匀的纳米级超小颗粒,因颗粒和总表面面积剧增而大幅提电池的放电功率,而且,整体稳定度和循环寿命皆未受影响。但最终于2012年以失败告终。原因是,不能够量产它所描述的那些锂电池,也不能安全有效地转换电量。

2012年,位于美国加州的电池公司Envia Systems在华盛顿重大的会议上宣称,研发出能量密集型电池,单位重量的锂电池储存能量是目前电池的两倍,而且成本降低一半。通用汽车一听说能研发如此高能电池的Envia,马上向其投资了700万美元,希望在电动车业务上进行合作。到了2013年,Envia都没有兑现它所宣称的“惊人效果”,导致失去资助资金以及通用汽车公司的合作伙伴关系。另外,这家公司也受到美国高级能源研究计划署ARPA-E的重视。只能说,Envia令人印象深刻的电池让人兴奋也让人落空。

大公司的小进步

事实上,在电池行业中,由于电池技术的高门槛,初创公司难以单独存活。因此,电池行业一般都是由大公司主导。 A123 Systems前高管Andy Chu说:

能量存储是一个“大头”玩的游戏,因为在研发电池中稍有不慎将会铸成错误。虽然我希望电池初创公司最终会取得成功,但通过这几年的历史,(大家都可以看见,这些公司的)下场都不太好。

在过去的十年里,我们见证了电池行业“突破性”的进展,但是这些都是来自大公司的一些稳定小进步。

  • Envia的电池是一种新型的锂离子电池,发明于70年代末80年代初,商业运用于90年代。它们变成一种便携式电池,被人们用于电动车上。

  • 早在90年代,通用汽车在其电动车EV-1上使用廉价的铅酸蓄电池,不仅车辆行驶的里程数较少,车上的铅酸蓄电池也十分笨重。

  • 到了2008年,特斯拉引进锂离子电池的电动车,虽然里程数比EV-1多了,但是价格昂贵。于是,有汽车制造商如日产汽车和通用汽车为了降低价格,打造出里程数少的电动车,其实主要减少电动车的锂离子电池。

为何电池技术就是没有突破?

电池技术知之甚少

如果改变了电池中的某一部分比如引进一个新电极,所带来的的问题是难以预见的。有些问题甚至需要几年时间才能检测到。当年,为了达到投资者和ARPA-E的期望,Envia不是融合了一种电极材料而是两种实验性的电极材料进行研发。(其实,Envia还是蛮拼的,只不过,事情的结果就这样罢了)在2006年,Envia授权阿贡国家实验室ANL的研究人员研发一种很有前景的电池材料,但是,一个严重的问题出现了:随着时间的推移,电池的电压改变后,它就无法使用了。尽管ANL的研究人员深入研究这个问题,但原因仍无法无法得知。除了这个,Envia还面临一个挑战:基于硅的电池电极问题。研究人员看似解决了这个问题:提出一套无法在实际中操作的解决方案。这让Envia的研究人员们感到十分奔溃。

但是随着时间的推移,以上这些大大小小的问题都差不多解决的时候,Envia发现,电池中复合材料的微小变化都会改变整个电池的性能。当然,Envia认为最终不能实现惊人效果的结果,是因为他们的电池材料供应商中有某些污染材料。当然,这个污染来自哪里是什么,似乎也没有人知道。

电池的进展不一定来自技术

其实,Envia的故事很鲜明告诉大家,电池的进展包括性能与成本,不是来自突破性技术,而是来自像特斯拉与其电池供应商松下的密切合作关系。自从08年以来,特斯拉的电池成本降低一半,电容量增加60%。特斯拉并没有刻意去改变电池的化学或者材料,而是提高制造效率和改进生产。还与松下一起根据汽车的需求进行适当的电池优化。

虽然很难想象特斯拉在锂离子电池上进行微调整获得持续性的发展,因为锂离子电池的进步空间并不十分“宽敞”。或许到最终需要像Envia这样彻底整改,才能获取电池的跨越性进步。不过,至少Envia告诉我们,提高电池性能必须要密切结合制造业和工程技术,要生产实际使用的产品。

虽然以上内容看似在回顾Envia的历史,但是这也是电池发展的一个缩影。近二十多年来,科技飞速发展。计算机从电子管元件时代演变成今天的超大规模集成电路,往日笨拙巨大的计算机如今小到能装进我们的口袋中。而电池,更像一个后进生,迟迟不能跟上发展的步伐。或许也正是以上这些原因造成现在的局面。

via:technologyreview

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