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从铝和锌空气电池到超级充电站,电动车带动了哪些电池技术发展?

时间:2018-12-21 作者:George Leopold 阅读:
为了在主导电动车(EV)市场的竞赛中脱颖而出,电池技术以及先进的充电基础设施就和考虑价格、软件升级以及汽车外型一样重要。这就是为什么中国企业纷纷砸大钱投资电池技术,期望迎头赶上甚至超越特斯拉(Tesla)目前领先业界的电池技术与制造能力。

为了在主导电动车(EV)市场的竞赛中脱颖而出,电池技术以及先进的充电基础设施就和考虑价格、软件升级以及汽车外型一样重要。这就是为什么中国企业纷纷砸大钱投资电池技术,期望迎头赶上甚至超越特斯拉(Tesla)目前领先业界的电池技术与制造能力。

几乎所有的电池制造重心都在于锂离子技术,但可望改写电池产业格局的其他新技术也陆续出现,最终将有助于延长电动车的续航里程。例如,让电动车的行驶里程增加到相当于加满一油箱的续航力,将成为加速电力传动系统超过内燃引擎的转折点。

teslabatterycell

特斯拉正稳步使其电池组成本达到每千瓦时(kw/hr)约100美元的目标吗?

铝和锌空气电池

随着新兴电池技术出现,新的无线方案也经证实能够让电动车电池的充电速度如同为汽车加满油箱一样快速。

由于锂离子电池技术可能即将达到其摩尔定律(Moore’s Law)的上限,研究人员只得另辟蹊径,追求刚进入市场不久的铝和锌空气电池等技术。这些新技术得以崛起的关键在于能够提高充电性能,同时展现可将能量储存成本降低到每千瓦时(kw/hr)约100美元基准的能力。

据估计,锌空气电池最早可在2019年进入电动车市场,最终还可能变得比锂离子电池更便宜、更轻薄且更安全。诸如EnZinc和NantEnergy等电池新创公司正积极推广锌电池技术,由于其潜在能量密度和充电能力接近锂离子池,可望成为比锂离子电池更便宜、更安全的替代技术。

NantEnergy

NantEnergy推出的首款锌空气可充电电池经已经验证可在全球部署,并为20万人提供单一电源。同时,该公司声称新的可充电电池已经突破了100美元/kWh时的制造成本障碍了。(来源:NantEnergy)

EnZinc表示,三维(3D)的“锌基电池将以更低成本提供所需的电力和续航力,而且它们的重量更轻、续航力更长、更安全且可回收。”

金属-空气电池的缺点之一是易于腐蚀。这意味着像铝空气电池等具有发展前景的新技术可能很快地就失去了储存的电荷。研究人员最近在《科学》(Science)期刊上发表了一种抗腐蚀的方法——使用油作为减少腐蚀的缓冲剂。这种方法也适用于锌空气电池,使其延长保存期限。

支持阵营认为,如果这些研究结果进展顺利,很快地,轻量、精巧的锌空气和铝空气电池就可以作为电动车的备用电源。

同时,特斯拉持续在其位于美国内华达州的“超级电池工厂”(Gigafactory)加速生产锂离子电池,并在中国打造新的电池工厂——特斯拉和电池合作伙伴松下公司(Panasonic)占全球电动车电池产量的60%。包括像时代新能源科技(Contemporary Amperex Technology;CATL)等中国竞争对手也正斥资数十亿美元,致力于成为中国的松下。其成功的关键之一在于利用中国国内对于电动车成长的需求。

超级充电站基础设施

特斯拉、保时捷(Porsche)以及其他电动车竞争对手则大量投资于超级充电站(supercharging)基础设施,目标在于让电动车电池充电的速度就和为汽车加满油箱一样快。其他方法也正陆续出现中,最终将能够让电动车能够边行驶边充电。

例如,美国能源部的橡树岭国家实验室(U.S. Energy Department’s Oak Ridge National Laboratory;ORNL)于10月宣布,研究人员开发出一种专用于电动车的120kW无线充电系统。橡树岭国家实验室的工程师声称这种无线充电系统的电力较2016年开发的无线充电系统更高6倍,展现了该实验室所声称的「在缩短充电时间方面迈出了一大步,并媲美汽车在加油站加油的速度和便利性。

Oak Ridge的上一代20kW无线充电系统,目前正针对送货卡车等应用进行改进。这项研究由美国能源部(DoE)的车辆技术办公室(VTO)赞助,并在Oak Ridge实验室的国家交通研究中心进行研究。

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美国橡树岭国家实验室在2016年开发的20kW无线充电系统,效率可达90%。(来源:Oak Ridge National Laboratory)

研究人员的下一步是将功率传输能力扩展到350kW,同时探索“动态无线充电方案”,即透过安装在道路下方的无线充电垫,自动为电动车辆充电。

Oak Ridge实验室电力电子和电气机械部门项目负责人Veda Galigekere说:“我们的目标是在高速公路上实现动态充电。”

无线充电架构是从电网获取能量,并将其转换为高频交流电(AC)。所产生的磁场可用于在大气隙上传输功率。研究人员表示,经过传输后它将再转换回直流电(DC)并储存在车辆电池中。

Oak Ridge电力电子系统研究部门的Omer Onar补充道:“无线充电是交通运输电气化的关键推动技术,因为它安全、方便,而且效率高。”。

(参考原文:The Race for a Better EV Battery,编译:Susan Hong,EET Taiwan)

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George Leopold
EE Times特约编辑。自1986年以来,George Leopold一直在华盛顿特区撰写有关科学和技术的文章。除了EE Times,Leopold的作品还出现在《纽约时报》(New York Times),New Scientist和其他出版物上。 他住在弗吉尼亚州雷斯顿。
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