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在新一代电动车电池霸主的竞争中脱颖而出

要生产出更便宜、更安全、一次充电可行驶500英里的电动汽车,汽车行业需要在电池技术上取得突破,说起来容易做起来难。

在新一代电动车电池霸主的竞争中脱颖而出

日本、中国和美国的科学家都在努力研究如何大幅提高电池的储能能力,并使电动汽车的行驶里程与满油箱汽油保持一致的密码。这一探索集中在固态技术上,即对电池内部结构进行彻底改造,使用固体材料而不是可燃液体来实现充电和放电。这项技术有望对现有的锂离子电池组进行重大改进。汽车制造商表示,锂离子电池组的存储能力已经达到极限,可能永远无法为长途汽车提供足够的电力。

如果能掌握固态技术,将有助于加速汽油内燃机的消亡,并有可能将电动汽车的充电时间从几个小时缩短至10分钟左右。特斯拉公司(Tesla Inc.)建造的增压器网络现在提供最快的充电时间,大约需要30分钟,就能将一辆耗尽的汽车充电至80%。

福特汽车公司(Ford Motor Co.)储能战略与研究高级经理泰德米勒(Ted Miller)说,“没有固态技术,我们看不到另一种实现这一目标的方法。”“我现在还不能预测谁会把它商业化。”

目前,最好的固态电池样车只能在丰田汽车公司(Toyota Motor Corp.)的一辆汽车上行驶。日本富士山附近的停车场。戴姆勒公司(Daimler AG)和菲斯克公司(Fisker Inc.)等汽车公司、中国锂业巨头、法国石油公司道达尔公司(Total SA)以及美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)和斯坦福大学(Stanford University)的分拆公司都在从事这项工作。菲斯克最早可能在今年进行汽车测试,而丰田和戴姆勒的时间表将延长到2020年。

电动汽车的采用预计将推动锂离子电池的指数增长,锂离子电池是目前取代内燃机的主要燃料。彭博社的最新报告发现,2017年,电动巴士和乘用车占锂离子电池需求的440亿瓦时,到2030年,这一需求预计将激增至每年逾1500亿瓦时。据瑞银集团(UBS Group AG)的数据,到2025年,电动汽车电池的市场价值将达到840亿美元左右,而目前的市场价值约为230亿美元。

成功需要多么坚实的基础啊

锂离子技术是移动电话和个人电子产品几十年来的标准技术,在进入电动汽车和公用事业规模的储能领域之前,该技术使用液体电解质在正极和负极之间穿梭离子,为电池充电或放电。顾名思义,固态电池是用陶瓷、玻璃或聚合物等固体材料来代替液体。

这将降低电池起火的风险,并允许更薄的电池和更小的包装,适合汽车座椅下。研究人员还希望将固体电解质与锂金属阳极配对,以提高能量密度,使电动汽车能够不停车行驶更长的距离。这可能有助于消除消费者在旅途中担心电能用完了的担忧,从而提振销售。

要实现这一切,需要解决一系列难题。目前,原型车的电池寿命对汽车来说太短,导电性差,成本缺乏竞争力,充放电时材料有时会剧烈膨胀和收缩。日本锂离子电池技术与评估中心(LIBTEC)的董事总经理石黑泰雄(Yasuo Ishiguro)说,当科学家解决一个问题时,通常会加剧另一个问题。包括丰田、松下(Panasonic Corp.)和日产汽车(Nissan Motor Co.)在内的25多家公司得到了约9,000万美元政府资金的支持,以加快这一进程。

总部位于洛杉矶的电动汽车制造商亨里克•菲斯克(Henrik Fisker)表示:“在所有参与者中,似乎每个人都解决了五件最重要事情中的一件、两件或三件,但没有人真正解决了所有问题。”

中国青岛市新能源研究所将在两年内对汽车进行试验,并考虑在2025年前将其商业化。中国最大的电池生产商现代安培科技(Amperex Technology)在其先进电池研究中加入了固态电池。韩国三星SDI Co.、SK Innovation Co.和现代汽车(Hyundai Motor Co.)说,它们也在研究这项技术,英国戴森公司(Dyson Ltd.)也是这家总部位于美国的家用电器制造商目前的目标是电动汽车。

戴姆勒(Daimler)电池研究主管安德烈亚斯·欣特纳克(Andreas Hintennach)表示:“对于乘用车,我们应该在本世纪20年代初看到样车。”上个月,这家汽车制造商同意在2030年前订购价值230亿美元的新一代锂离子电池。

大众汽车(Volkswagen AG)计划最早于2022年与合作伙伴QuantumScape Corp.开始试生产。

在新一代电动车电池霸主的竞争中脱颖而出

这些时间表可能被证明是乐观的。

行业顾问、科罗拉多州凯恩能源研究顾问公司(Cairn Energy Research Advisors)董事总经理萨姆•贾菲(Sam Jaffe)表示:“这是一个艰巨的挑战,让这些电池工作,没有人能轻易接近成功。”

BNEF驻伦敦分析师詹姆斯•弗里斯(James Frith)表示,到2020年代末,具备上述所有优势的固态电池才会面市,即便如此,它们的定价仍有可能偏高。

特斯拉表示,它经常与开发人员交谈,并对电池原型进行评估,但目前还没有发现比现有锂离子电池组更好的技术。它的S型汽车一次充电可以行驶335英里。首席技术官JB Straubel在6月的年度会议上表示,”我们已经尽了最大努力。”“我们都在洗耳恭听,我们很想找到它,但我们还没找到。”

特斯拉的供应商松下表示,它将继续研究固态技术,尽管“在实现商业化之前还有许多障碍”。

丰田的潜在的突破

根据竞争对手、学者和专利数据,取得突破的最大希望在于丰田。

彭博法律(Bloomberg Law)的沈宇晖(Tommy Shen)的一项分析显示,这家亚洲最大的汽车制造商拥有至少233项与该技术相关的专利或申请,几乎是其最接近竞争对手的三倍。公司投资¥1.5万亿(139亿美元)的电池业务,并计划将固态技术商业化的2020年代初,在10月发布的年度报告显示。

在过去10年里,丰田一次派出多达200名员工研发这项技术,主要是在靠近富士山的东富士研究中心(Higashi-Fuji research center)。该公司已经在使用固态电池为数字时钟、两轮滑板车和传送带供电方面取得了进展,然后在其单座低速汽车COMS的改进型中测试了这项技术。LIBTEC公司前丰田经理石黑浩(Ishiguro)说,对研究人员来说,这款车更像是一种激励,而不是一种交通方式。

福特汽车(f.n:行情)的Miller称,由于许多现有电动汽车电池制造商专注于提高产量和降低成本,丰田的主要竞争对手可能是一批美国初创企业。考虑到这种可能性,大众去年斥资1亿美元增持了QuantumScape的股份。QuantumScape由斯坦福大学(Stanford)前研究人员创立,总部位于加州圣何塞。

位于马萨诸塞州沃本的离子材料公司。Sun Microsystems的联合创始人乔伊(Bill Joy)以及一家由汽车制造商雷诺(Renault SA)、日产(Nissan)和三菱汽车(Mitsubishi Motors Corp.)组成的风险投资基金是该公司的支持者。SolidEnergy Systems执行长胡10月在日本大阪的一个论坛上表示,该公司预计2021年后将开始测试电动汽车。

总部位于科罗拉多州路易斯维尔(Louisville)的电池公司Solid Power自2017年12月起与宝马汽车公司(BMW AG)建立了开发合作关系。公司首席执行官道格·坎贝尔表示,他对固态技术在汽车上的商业可行性充满信心。只是再过5到10年就不行了。

“我并不是说我们面前没有挑战,”坎贝尔说。“但我有信心,创造奇迹的挑战。”

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