破譯續(xù)航密碼

如果有人告訴你一款電動車可以續(xù)航800公里，你覺得神奇么？而當他一本正經的告訴你，

另一款電動車可以續(xù)航3000公里，你會覺得他是在胡說八道么？

朋友，請不要懷疑“他”，我可以非常明確的告訴你，上面所說的句句是事實，下面就為大家?guī)泶死m(xù)航里程的事實佐證。

近年來，在電動汽車領域，尤其是專注于超級電池研發(fā)的領域，頻頻爆出驚人的電池續(xù)航數(shù)字。為此，《汽車觀察》記者決定帶你一探究竟。

800公里的“曲折路”

前段時間，博世集團公布了其同湯淺、三菱共同合作研發(fā)的全新一代鋰電池，并有望搭載特斯拉MODEL S，使其續(xù)航里程增至800公里，屆時，我們再也不用擔心跑中短途而被半路“擱淺”了。新一代鋰電池的量產并大批量應用，在某種意義上會直接推動電動車的發(fā)展。

據(jù)《汽車觀察》記者從博世中國了解，2008年，博世集團與三星各出資50%成立合資公司，雙方計劃未來5年內投資3億至4億美元，從2011年開始批量生產符合混合動力或電動汽車使用要求的高效鋰離子電池，并在全球范圍內銷售。然而，由于博世集團和三星公司的DNA在合作中并不太合拍，基于需求等原因，合資公司成立4年來并沒有實現(xiàn)盈利，雙方最終在去年9月份宣布正式分手。當月，博世出售了其與三星合資的鋰電池公司SB LiMotive的股份，從而終止了與三星在鋰電池技術上4年之久的合作。

汲取了上次的教訓，博世在選擇伙伴上可算是費了一番心思，最終三菱商事株式會社及蓄電池生產商GS湯淺國際兩家日本企業(yè)成為了二次攻堅的座上賓，2013年三方達成協(xié)議，以50%、25%、25%的持股比例組建鋰電池研發(fā)生產公司，力求在現(xiàn)有鋰電池技術上有所突破，掌握電動車關鍵技術，以應對未來市場變化。

合作伙伴方面方面，湯淺則帶來了鋰離子電池制造的多年經驗和材料系統(tǒng)及電化學領域的專業(yè)知識，其高能量密度的鋰離子電芯可幫助實現(xiàn)更長的續(xù)航里程。作為一家同時為汽車行業(yè)和非汽車行業(yè)提供鋰離子電池產品的制造商，GS 湯淺擁有強大的技術研發(fā)實力和高度自動化的生產能力。

三菱商事方面，借助其全球化的資源及營銷網絡助力新公司的發(fā)展，將為新公司全球價值鏈體系的發(fā)展起到至關重要的作用，包括獲取自然資源，購買材料，以及搭建全球銷售網絡等。

三家公司將緊密合作，通過先進的電池管理技術以及在電化學和材料學方面的技術突破，顯著提高電池系統(tǒng)的儲能等級，同時也將進一步降低電池的重量和尺寸，增加電動車的續(xù)航能力。

“神速”的液體電池

據(jù)《汽車觀察》記者了解，有一種新型電池“充電燃料”——即在液態(tài)形式的電極中儲存能量。其實就是既可以像傳統(tǒng)電池那樣再充電，也可以通過注入新的燃料充電，就像加油一樣。開發(fā)這項技術的研究者們稱，這種材料理論上可以允許一輛電動汽車一次充電行駛500英里（約合800公里），是現(xiàn)在大多數(shù)電動汽車行駛距離的5倍。這項技術由阿貢國家實驗室和伊利諾伊理工學院開發(fā)。在一座加油站重裝這種燃料只要幾分鐘。相比之下，即便是最快的傳統(tǒng)電池充電站也需要1小時來完全充電。

有限的行駛距離和長充電時間是電動汽車的兩項最大挑戰(zhàn)。液體電池電極可以通過提升電池組的帶電量，來實現(xiàn)更長距離行駛，而且得益于需要較少的非能源儲備組件，電池組還更加便宜。資助這一工作的美國能源部先進研究計劃署（ARPA-E）的項目經理劉平對《汽車觀察》記者說：“使用液態(tài)電極的電池也比傳統(tǒng)的更安全。正負電極材料將存儲在分開的儲罐里，而不是像傳統(tǒng)電池一樣在同一個蓄電池單元里。這樣可以防止短路和過熱，避免鋰電池因此著火”。

在傳統(tǒng)電動汽車的電池中，一個電池組里高達75%的材料，由不儲存能量的組件構成，包括電池封裝、傳感器、電連接器、冷卻系統(tǒng)等。通過液體儲備能量，至少在理論上可以消除大部分材料，降低電池組的尺寸和成本。關鍵在于從用于提取能量，產生電流的結構中分離儲能材料。在傳統(tǒng)電池中，每一層電極材料都配有一張鋁箔和塑料薄膜，以便電子和離子流動產生電流。如果你想儲存更多能量，就需要添加更多的鋁箔和塑料薄膜。

在新電池中，液體電極將存儲在儲罐里，并被泵過一個相對較小的設備來交互和發(fā)電。增加儲能只需制造更大的儲罐，發(fā)電的裝置可以保持相同的大小。儲罐越大，發(fā)電設備占總體積的比例就越小。

液體電極已經存在了一段時間，例如作為一種叫流體電池的設備的一部分，但它們通常把能量儲備在稀溶液中，用于汽車就顯得體積過大。一些電池擁有熔化電極，更適合靜止的用途。每個ARPA-E項目都致力于設法將液體的能量密度增加一個數(shù)量級。麻省理工學院分拆出的24M公司是這一領域的先驅，已經展示了將高濃度的高能量電極粉末懸浮，并從中提取能量的可能性。主要的挑戰(zhàn)是令實際電池達到足夠高的導電性。

伊利諾伊的研究人員有一個類似的方法。他們強調使用納米粉末可以以非常高的濃度懸浮，并且仍然容易流動，這得益于如此小尺寸顆粒的特殊性質。他們還開發(fā)了一種新的方法從粒子提取電流，并希望這將使得他們增加電導率。直到他們完成專利申請前，這一技術的細節(jié)是保密的。

3000公里不是夢

近日，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司展示了一種超級電池技術。充滿電的電池是一塊由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產生化學作用，將鋁變成氧化鋁，從而釋放出能量，可以讓電動車續(xù)航里程達到3千公里，你只需每月加水就行。

一輛電動汽車能否連續(xù)馳騁19個小時，從多倫多開到1800公里外的哈利法克斯，全程無需停車充電？這在理論上將是可行的。近日，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利爾向大眾展示了這樣一種具有超級續(xù)航能力的電池技術。

以鋰離子電池驅動的電動汽車難以普及的最大障礙是行駛里程有限，目前的續(xù)航能力大多在135公里（日產Leaf）至480公里（特斯拉S型）之間，除非大量安裝快速充電站，否則不適宜駕駛電動汽車遠途旅行。美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。相比之下，特斯拉Model S的電池超過500公斤，而行駛里程不到500公里。

新電池并不是從普通電網充電，而是在美鋁公司水電站的熔煉車間充電，充滿電的電池其實是一塊大部分由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產生化學作用，將鋁變成氧化鋁，從而釋放出能量，為汽車持續(xù)提供動力。鋁的氧化反應在鋁暴露在空氣中時會自然發(fā)生，表面的氧化鋁會阻止深層的鋁繼續(xù)發(fā)生反應，新電池采用的新技術則包含了電解質可溶解表面氧化層，使反應持續(xù)進行。

按照美鋁加拿大公司的介紹，使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池，鋁電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動，因此可以用很長時間，期間只需每月加注清水。通常在一年左右達到使用極限后，到服務站更換充滿電的鋁電池即可。

使用這種帶有附加電池的原型車，上星期在蒙特利爾的一級方程式賽道上經過了試駕。Phinergy公司還于6月4日在加拿大國際鋁業(yè)大會上介紹了這一新的發(fā)明。目前，發(fā)明企業(yè)正與魁北克省商議生產協(xié)議，爭取使這種零排放汽車能夠早日投入試運行。

超級電容技術的未來

到目前為止，業(yè)界一致認為鋰離子電池仍是電動汽車的主要能源儲備方式，不過眼下已經有數(shù)家公司開始考慮采用超級電容產品作為鋰離子電池的一種良好補充設備。

比較傳統(tǒng)的電池產品，超級電容能存儲的電量并不多。因此在家中充電式（Plug-in）電動汽車上，這種電容并不能作為供電設備而單獨使用，而需要與燃料電池一起配合使用。另一方面，超級電容又具備快速瀉放所存電能的能力。另外，這種電容的充電時間也很短，只需要幾秒或幾分鐘時間便可以完成充電，而且多次充電后的性能也不會有降低。

據(jù)有關電池方面的專家對《汽車觀察》記者表示，超級電容未來面臨的主要課題是如何增加這種電容的工作電壓，使其可以在高電壓環(huán)境下工作。超級電容是環(huán)保能源的一種良好補充，能使電池、燃料電池、太陽能或風能發(fā)電等供電方式更為完美，同時這種電容所用的制作材料也相當環(huán)保，價格部分也較為容易令人接受。

鋰電池不會成為主流

現(xiàn)在很多文章鼓吹鋰離子動力電池，鋰離子動力電池是未來電動汽車的希望，如果你對鋰離子電池的結構和物理原理充分了解，不管是錳酸鋰電池還是磷酸鐵力電池，都是難以應用到大功率鋰離子電池。

《汽車觀察》記者電話采訪了在電池領域非常有研究的專家，他對記者表示，鋰離子電池大功率充放電時發(fā)熱嚴重：不管是錳酸鋰電池還是磷酸鐵力電池，其內部導電機理都是依靠鋰離子在有機電解液中的運動來實現(xiàn)充放電。離子運動的阻力很大，遠大于電子在金屬/炭黑中的運動電阻，為了克服鋰離子運動的阻力，就會耗功而大量發(fā)熱，因此，各種鋰電池在充放電時都會明顯發(fā)熱，大功率充放電時尤其發(fā)熱升溫嚴重，升溫會達到20～70度。這是大功率鋰離子動力電池天生的缺陷，無法克服的。近幾年報道的手機/電腦鋰電池爆炸事故，都是因為充放電發(fā)熱，

第二，由于電解液中六氟磷酸鋰的分解溫度很低：六氟磷酸鋰是目前最便宜的較好鋰電池電解質鹽，但分解溫度在70～90度，一旦鋰電池發(fā)熱嚴重又散熱不良，就會分解放出劇毒的氟化氫氣體而導致鋰電池內壓力猛增，最終鋰電池炸裂。

第三，金屬鋰太活潑：只要鋰電池內發(fā)熱嚴重導致六氟磷酸鋰分解放出氟化氫，負極沉積的金屬鋰和氟化氫會劇烈反應放出氫氣而爆炸，并且引燃有機電解質。

第四，結構太復雜：正負極需要有機隔膜隔離，這層隔膜的耐溫能力很低，在發(fā)熱嚴重時很容易軟化而刺穿，引發(fā)正負極斷路。

第五，能量密度很一般：在鋰電池中，只有活性金屬鋰，才是儲能物質，各種整裝的鋰電池中，所含有的金屬鋰在整個鋰電池中的重量低于1%，

第六，壽命太短：理論上的僅僅2000次，在頻繁充放電下，理想狀態(tài)也最多只有2年需要更換。