充满一次电可跑2000公里 超高能量密度电池指日可待

说起“电池”一词你最先想到哪个品牌？不少人会想到三星。三星Galaxy Note7上市一个月就发生了三十多起电池爆炸和起火的事故，吹了三四年的石墨烯电池至今也没能量产。自2010年开始，关于电动汽车元年到来的预测就没有断过，但续航低、充电慢等问题一直得不到解决。直到最近的几个月时间，电池终于有了突飞猛进的发展，各品牌各研发团队可谓“八仙过海各显神通”，这些电池技术会彻底治好你的续航焦虑症，充满一次电至少跑2000公里，真香！ 石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，以其优异的光学、电学、力学特性被称为革命性材料。5月13日，广汽新能源对外宣称，基于三维结构石墨烯（3DG）材料的“超级快充电池”将在年底搭载于实车上，并由广汽新能源Aion车型使用相关技术成果。

广汽新能源早在2014年便开启了对石墨烯技术的研发，6年间逐步掌握了具有自主知识产权的三维结构石墨烯材料的制备和应用技术，现已完成电芯、模组、电池包样件的测试工作。在实车测试中，石墨烯电池仅需8分钟就可以将空电池充电至85%，且电池寿命和安全性均已达到使用标准。希望广汽新能源能够说到做到，将这一久违的黑科技尽快投入量产。 3月29日，比亚迪发布了一款结构独特的“刀片电池”，王传福在发布会上表示：“‘刀片电池’将把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”顾名思义，刀片电池让电芯像“刀片”一样堆叠在电池包里面，使得空间利用率比传统电池提高了50%左右，虽为磷酸铁锂电池，却在续航里程上比肩三元锂电池。此外，“刀锋面”拥有与生俱来的超高强度，不容易发生弯折。

关于刀片电池不会自燃这一优点，通过一组针刺试验便可直观了解。目前应用最广泛的三元锂电池，在钢针刺穿后表面温度瞬间超过500℃并开始剧烈燃烧；而续航稍弱、稳定性更高的传统磷酸铁锂块状电池，针刺之后虽无明火但有烟，表面温度也达到了200℃-400℃。而刀片电池在在针刺后无明火、无烟，电池表面温度维持30℃-60℃左右，就连放置在表面的鸡蛋也丝毫无损。刀片电池已经随着比亚迪汉在欧洲首发，并将于6月在国内上市。 相比于锂离子电池中的其他元素而言，钴（Co）元素是非常短缺的，钴价更是在2017年便突破了40万元/吨天际。所以在保证电池稳定性的情况下，用的钴越少，成本也就越低，而目前市场上所看到的811（镍、钴、锰（铝）元素比例为8：1：1）三元锂电池的配比已经是极限。今年2月，特斯拉透露了将使用无钴电池的消息，立马造成了钴材料市场股价的大跌。5月11日宁德时代也明确表示，将对特斯拉供货并将合作扩展至海外，正在自主研发无钴电池等。

事实上早去年7月9日，蜂巢能源召开的产品发布会上便已发布了“全球首款NMx无钴电池”。目前蜂巢能源的无钴材料已完成百公斤级试产，采用该无钴材料的电芯产品同步开发中，能量密度达到240-245Wh/kg。此外，蜂巢能源还采用了叠片式的电芯形状和结构，使得能量密度提升5%、循环寿命提升10%、成本降低5%。蜂巢能源将在5月18号举办名为《无钴，芯未来》的线上发布会，非常值得期待。 车用动力电池的平均能量密度只有200Wh/kg，达到240Wh/kg则算得上是极高了，在这一瓶颈多年无法突破之后，锂硫电池出现了。2018年10月，日本海军“苍龙”级潜艇“应龙”号服役，以柴油机+锂硫电池为动力，其中锂硫电池能量密度惊人地达到了500wh/kg。该潜艇装载电量近1万度，拥有复合散热技术，锂硫电池具备快速充放电功能，是全球首款“新能源技术军用化”的潜艇。值得一提的是，该潜艇核心技术全部是由丰田、汤浅、东芝、三菱等供应商提供的，与新能源技术民用化有着不可分割的关系。

来自英国的OXIS能源公司近日宣布，将与巴西的开发公司CODEMGE一起合作，在巴西建立世界上第一座锂硫电池工厂。按照OXIS能源公司的计划，第一阶段租用约20，000平方米的土地，实现每年生产500万个锂硫电池，每年总产能或不超过几百兆瓦时。OXIS能源公司表示，所生产的锂硫电池能量密度将不低于400 Wh/kg，目标应用包括航空、国防、电动汽车和船舶等。

锂硫电池的理论能量密度可以超过1000Wh/kg，若技术成熟后大规模搭载于民用汽车上，2000公里的续航里程也是非常容易达到的。 在目前的大部分研究中，往往都是通过新化学元素或新结构获得更好的电池，但很少有人想到生产工艺不仅可以提高效率，更能代替电极中的钴和镍。近日，日本横滨国立大学研究人员在一个看似简单的铣削过程中，发现了全新的结论。

目前所使用的电池的最大问题是交换速度太慢，研究人员意识到粒子的大小可能是原因之一，因此决定通过机械工艺将钛和锰颗粒研磨成纳米级。用这些纳米级粒子制成的电极展现出了极强的电子和锂离子交换特性，有助于电池容纳并配送更多的电荷，同时对电池寿命也没有负面影响。研究团队负责人薮内直树教授表示：“钛和锰都是丰富的元素，这意味着我们可以做到更高的成本效益，而无需用当前电动汽车所用的镍和钴离子以及用这些元素制成的高性能电极材料。”

如果钛和锰真能有效地替代电池中的钴和镍，将极大地降低电池原料的供应压力，希望这项研究可以顺利进行。 目前全球主要的锂金属原材料都是从富含镁和钾的盐水中提炼出来的，而锂盐的过滤和提纯则需要耗费大量水资源。含有有毒化学物质的锂矿废水会重新渗透到生活用水系统当中，影响地下水、农业灌溉、人畜饮用水资源等，钴、镍等重金属所带来的危害则更大。

不久前，IBM的科学家们设计出了一种全新的电池，这种电池的主要成分是海水中的矿物质，不仅原材料容易获取，更不会对生态环境造成破坏。在IBM目前的测试中，空电池只需不到5分钟就能达到80%的充电状态，再加上原材料价格相对较低，快速充电、低成本电动汽车的目标将有可能通过这种全新的电池实现。IBM表示，目前已经开始与包括梅赛德斯-奔驰在内的其他几家公司合作推进这项技术。除了环保以外，这一技术同样有助于消除电池生产中对重金属的依赖，有着巨大的潜力。 电池只是一种储能技术，它所储存的电力仍然来自现有电网。如果发电厂的电力源头不是来自清洁能源（水电、风能、核能等）而依然是火电的话，电动汽车相较于燃油汽车其实只是换了一种排放形式而已。而如果非要将电池叫做“新能源”的话，那么目前似乎只有氢燃料电池无愧于这一称呼。氢燃料电池不存在排放问题，氢气和空气中的氧气在相对低温的环境下完成反应，反应产物只有水，效率能够达到60%以上，且加满氢仅需4分钟左右与燃油车无异。

宝马在2011年与丰田共同签署了合作备忘录，2013年开始携手研究氢燃料电池技术。2019年，宝马在法兰克福车展上正式发布了基于X5打造的i Hydrogen NEXT车型，该车采用氢燃料电池作为动力系统，更是对宝马与丰田合作成果的展示。不久前，宝马公布了i Hydrogen NEXT的动力总成，集成式电驱单元来自现有的宝马第五代eDrive，续航里程将不亚于丰田Mirai的483km。

有预测表明，2020年底全球加氢站保有量将超过435座，2025年则有望超过1000座，氢燃料电池也许才是最终胜出的那一个“真”新能源。 看完这一系列的研究成果，特别是出身军工能跑2000公里的锂硫电池之后，相信许多和我一样原本戴着“有色眼镜”的朋友们，可能会对汽车电动化这个趋势重拾一些信心。2020年能否成为电动汽车元年？让我们拭目以待。