中國(guó)粉體網(wǎng)訊 不得不承認(rèn)，近百年來(lái),，人類(lèi)充分利用了偉大自然界的慷慨饋贈(zèng)——化石能源，也正是化石能源用超凡脫俗的能量密度點(diǎn)燃了從工業(yè)文明到信息文明的燎原之火,。以石油工業(yè)為依托的燃油車(chē)出色地解決了續(xù)航里程,、綜合性能、燃料加注,、基礎(chǔ)設(shè)施等實(shí)際問(wèn)題,，在技術(shù)日臻成熟、成本逐步降低的同時(shí)也形成了強(qiáng)大的路徑鎖定,。
新能源汽車(chē)若想與傳統(tǒng)燃油車(chē)分庭抗禮乃至取而代之,，恐怕不能僅靠政策的出臺(tái)、民眾意識(shí)的轉(zhuǎn)變,，動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展同樣至關(guān)重要,。從鋁空氣電池、鋰硫電池，到氫燃料電池,、固態(tài)鋰電池,，再到現(xiàn)有常規(guī)鋰電池，各類(lèi)動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)之爭(zhēng)一直是業(yè)內(nèi)熱議的話(huà)題,。
我們不妨既“仰望星空”又“腳踏實(shí)地”,，從未來(lái)出發(fā)，把有可能獲得逐鹿中原能力的動(dòng)力電池技術(shù)依照核心原理進(jìn)行一番“閱兵”,�,？纯吹降啄姆N技術(shù)才是新能源汽車(chē)的未來(lái)？
理想的鋁空氣電池車(chē)
如果說(shuō)有什么還原劑可以在能量密度方面和碳?xì)浠衔镦敲�,，那么大家�?huì)不約而同地將目光投向元素周期表的特定位置——那些“小而美”的活潑金屬,；如果說(shuō)有什么氧化劑大量、廉價(jià),、易得,，那么空氣幾乎是所有人心中的不二之選。這就是身兼二者優(yōu)點(diǎn)的金屬空氣電池,，尤其是以地殼中極其豐富的鋁相關(guān)原料作為負(fù)極的鋁空氣電池,，吸引一批又一批研究者全情投入的原因。
鋁空氣電池
首先,，成功的鋁空氣電池可以解決車(chē)輛續(xù)航問(wèn)題,。鋁負(fù)極和空氣正極的組合就是能量密度的最佳代言，“日行千里,，夜走八百”理所應(yīng)當(dāng),。
其次，成功的鋁空氣電池可以解決車(chē)輛充能問(wèn)題,。采用更換負(fù)極方式的鋁空氣電池“機(jī)械充能”相比傳統(tǒng)燃油車(chē)的燃油加注毫不遜色,，簡(jiǎn)直和鋼鐵俠的能量塊一樣便捷迅速。
再次,，成功的鋁空氣電池基礎(chǔ)設(shè)施易用易建,。靠近可再生能源資源中心的電解鋁設(shè)施配上發(fā)達(dá)的貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò),，再加上堪比便利店的“機(jī)械充能”站,，結(jié)合金屬鋁常溫下的表面惰性和鋁氧化物的環(huán)境友好,、易回收特性,，幾乎可以構(gòu)建一個(gè)完美的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。
即便在整體能量循環(huán)效率方面不及鋰電的充電樁,、換電站,，鋁空氣電池車(chē)僅憑借上述三方面的優(yōu)勢(shì)就能“統(tǒng)治”能源與交通的未來(lái)。
然而，實(shí)現(xiàn)鋁空氣電池技術(shù)的應(yīng)用存在相當(dāng)大的技術(shù)難度,，例如鋁負(fù)極的腐蝕抑制,、正極吸氧催化劑的研究與設(shè)計(jì)等多重難題待解。毫不夸張地說(shuō),，能跨越上述障礙,、實(shí)現(xiàn)鋁空氣電池交通應(yīng)用的研究者，絕對(duì)值得一個(gè)沉甸甸的諾貝爾獎(jiǎng),。
“開(kāi)掛”的鋰硫電池車(chē)
告別里程焦慮,、不想換電只想充電、鋰電的終極形態(tài),、毀譽(yù)參半的研究熱點(diǎn)……以上描述都指向同一種技術(shù),，那就是鋰硫電池技術(shù)。
讓電池毫不遜色于油箱——成功的鋰硫電池同樣可以解決續(xù)航問(wèn)題,，這也是其概念在誕生之時(shí)就已具備的優(yōu)點(diǎn),。
鋰硫電池工作原理示意圖
首先，成功的鋰硫電池能讓車(chē)輛告別充電的煩惱,。當(dāng)一輛電動(dòng)車(chē)具備700公里的續(xù)航能力時(shí),，不僅對(duì)電網(wǎng)友好，也給車(chē)主帶來(lái)更好的使用體驗(yàn),。
其次,，成功的鋰硫電池可與常規(guī)鋰電車(chē)輛的基礎(chǔ)設(shè)施通用，且憑借其優(yōu)秀的續(xù)航里程更是淡化了對(duì)快充技術(shù)的需求,。構(gòu)建科學(xué)合理的輸配電網(wǎng)絡(luò)并配合峰谷價(jià)差,、市場(chǎng)化電價(jià)，即可有效協(xié)調(diào)車(chē)輛的充電行為,，而依托高比例可再生能源更有助于大大提高電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)占有率,。
不過(guò)，和鋁空氣電池一樣,，鋰硫電池技術(shù)也充滿(mǎn)著不確定性,。電極結(jié)構(gòu)的顯著變化、多硫化物的穿梭效應(yīng),、難于控制的副反應(yīng)等問(wèn)題,，都在阻礙著鋰硫電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。
如果鋰硫電池技術(shù)能盡早被實(shí)際應(yīng)用證實(shí)或者證偽,，無(wú)疑都是好事,。如果不能，那就只能期待未來(lái)會(huì)有人“開(kāi)掛”做到這一點(diǎn)了,。
拓荒的燃料電池車(chē)
豐田,、本田兩大日系車(chē)企，現(xiàn)代等韓系車(chē)企，迎頭趕上的歐洲車(chē)企……立足于高壓氫氣的高能量密度和短加注時(shí)間,，以“電-氫-電”為能量路徑的燃料電池車(chē)在拉風(fēng)程度上一時(shí)無(wú)二,。
豐田Mirai燃料電池車(chē)自推出以來(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)車(chē)約10萬(wàn)公里安全運(yùn)行，等待它的將是20萬(wàn)公里或更長(zhǎng)的續(xù)航里程挑戰(zhàn),。不過(guò)如果能為燃料電池搭配適量的鋰電,，這種增程式燃料電池車(chē)或許會(huì)更靠譜。
本田Clarity燃料電池車(chē)的結(jié)構(gòu)
在完善的設(shè)計(jì)條件下,，燃料電池車(chē)的安全性其實(shí)不是問(wèn)題——開(kāi)放環(huán)境下氫氣迅速向上散逸,。再者，哪種續(xù)航里程長(zhǎng)的車(chē)輛不是燃料包呢,？
更值得擔(dān)心的問(wèn)題應(yīng)該是燃料電池電堆的壽命,、對(duì)鉑基催化劑的依賴(lài)導(dǎo)致的高成本，還有“電-氫-電”能量轉(zhuǎn)化路徑的低效,。和同樣規(guī)格的鋰電車(chē)相比,，燃料電池車(chē)的成本更高，一次能源消耗量基本處于對(duì)方2倍的水平,。加之氫氣,、液氫均不太適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸和儲(chǔ)存，所以燃料電池車(chē)?yán)碚撋喜⒉粫?huì)像鋁空氣電池車(chē)那樣實(shí)現(xiàn)大范圍的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán),。從可再生能源基地到特高壓輸電,，再到城市范圍的現(xiàn)場(chǎng)制氫或中短途運(yùn)輸氫則更為合理。此外,，加氫站的建設(shè)幾乎相當(dāng)于另起爐灶,，挑戰(zhàn)重重，且看現(xiàn)在全球的三百多座加氫站多久以后才能增加到一千座吧,！
挑戰(zhàn)的固態(tài)鋰電車(chē)
將當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池中的六氟磷酸鋰基電解液替換成固態(tài)電解質(zhì),，那么對(duì)應(yīng)車(chē)輛的續(xù)航里程、安全性和環(huán)境友好程度等都可以得到進(jìn)一步的提升,�,？梢哉f(shuō)，固態(tài)鋰電車(chē)是使用傳統(tǒng)正極體系的鋰電車(chē)的終極形態(tài),。除高校,、研究所之外，已有多家動(dòng)力電池車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)投入巨大精力進(jìn)行有關(guān)技術(shù)研發(fā),。目前來(lái)看,，固態(tài)鋰電的技術(shù)成熟度高于鋁空氣、鋰硫電池,，但相比于燃料電池則尚有不及,。
固態(tài)鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)
相比于現(xiàn)有鋰電車(chē),，固態(tài)鋰電車(chē)的續(xù)航里程預(yù)計(jì)將有較大幅度的進(jìn)步,，雖然可能比不過(guò)傳統(tǒng)燃油車(chē)輛,，但可極大緩解里程焦慮問(wèn)題。因?yàn)樵诒堵市阅芊矫娲嬖诙贪�,，所以固態(tài)鋰電車(chē)的充電時(shí)間較長(zhǎng),。解決方案可能包括前述配電網(wǎng)絡(luò)與定價(jià)機(jī)制、充換電協(xié)同體系等,，因此并不會(huì)帶來(lái)過(guò)多的額外基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)擔(dān)（相比于大規(guī)模鋰電車(chē)應(yīng)用而言）,。此外，將功率型常規(guī)鋰電和高能量密度固態(tài)鋰電共同使用,，也可以構(gòu)建鋰電車(chē)的“插電混動(dòng)”體系,。當(dāng)然，功率型鋰電的快充需求對(duì)現(xiàn)行電力系統(tǒng)的沖擊（在規(guī)�,？偭枯^大,、充電無(wú)序時(shí)）是必須認(rèn)真對(duì)待的。
為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電技術(shù)的推廣應(yīng)用,，“電解質(zhì)-電極”固態(tài)界面的行為,、非高溫環(huán)境下倍率性能的改善、不同批次電池的性能可重復(fù)性等問(wèn)題都有待解決,。誠(chéng)然解決方案充滿(mǎn)挑戰(zhàn),，但挑戰(zhàn)同樣意味著更美好的可能。
前瞻的進(jìn)步鋰電車(chē)
從未來(lái)開(kāi)始,，我們一點(diǎn)點(diǎn)朝現(xiàn)實(shí)返程,。
將現(xiàn)行鋰離子電池的正負(fù)極在保證安全性的條件下向高鎳三元材料、硅碳復(fù)合材料等高比容方向調(diào)整,，優(yōu)化電池規(guī)格,，逐步建立電池回收利用體系，結(jié)合整車(chē)平臺(tái)以電池為基礎(chǔ)的重新設(shè)計(jì)和車(chē)身輕量化,，并大力建設(shè)輸配充換電智能基礎(chǔ)設(shè)施等多重前瞻因素,，我們可以看到，鋰電車(chē)已有了相當(dāng)程度的進(jìn)步,。
21700三元鋰電池
也許目前的鋰電車(chē)還存在里程焦慮等諸多問(wèn)題,，但隨著基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，可在相當(dāng)程度上撫慰車(chē)主們焦慮的內(nèi)心,；也許目前的鋰電車(chē)將在十年內(nèi)淘汰換新,，但十年也被認(rèn)為是可被接受的期限；也許目前的鋰電車(chē)還在飽受資源回收和環(huán)境保護(hù)方面的爭(zhēng)議,，但它至少可以做到讓多數(shù)人消費(fèi)得起,，用得省心,、安心。
綜合來(lái)看,，未來(lái)十年內(nèi),，行業(yè)將面臨洗牌。洗牌過(guò)后,，存活下來(lái)的鋰電企業(yè)將登上視野范圍之內(nèi)的技術(shù)高地,，讓鋰電車(chē)產(chǎn)業(yè)走向成熟，并將中國(guó)乃至全球的新能源車(chē)保有量擴(kuò)大至可以預(yù)見(jiàn)的相當(dāng)份額,。
現(xiàn)實(shí)的常規(guī)鋰電車(chē)
就在面前,，就在今天。
缺少專(zhuān)屬的電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái),、冬季尤甚的里程焦慮,、仍顯不足的基礎(chǔ)設(shè)施、層出不窮的“騙補(bǔ)”事件,、補(bǔ)貼退坡后的陣痛,、尚待論證的梯次利用和資源回收研究……這些都是常規(guī)鋰電池車(chē)正在面臨的煩惱。
它可能是小康之家的第二臺(tái)車(chē),，也可能是搖號(hào)未果的無(wú)奈選擇,。
它可能是諸多大城市減少污染的最優(yōu)選擇，也背負(fù)著“電從煤來(lái)”,、“轉(zhuǎn)移污染”的罵名,。
它真的承擔(dān)著“彎道超車(chē)”、改善環(huán)境狀況的新興產(chǎn)業(yè)期許,，也有著性能短板較多,、續(xù)航里程不足，尤其是回收體系尚未建立等諸多弊端,。
它需要改進(jìn)的地方太多,，但我們總應(yīng)該相信，路在腳下,，腳比路長(zhǎng),。
結(jié)語(yǔ)
未來(lái)等待我們的，可能是夢(mèng)想中的時(shí)代——鋁空氣電池車(chē),、鋰硫電池車(chē)都能得到廣泛普及,，可再生能源在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用形成了真正的閉環(huán)，燃油車(chē)被徹底淘汰,；也或許會(huì)是固態(tài)鋰電,、燃料電池和混合動(dòng)力三大技術(shù)諸侯爭(zhēng)霸的時(shí)代；再或者,，可能會(huì)是一個(gè)不美好的時(shí)代——鋰電池車(chē)的里程焦慮仍在,，人們抱怨油價(jià)高昂,、動(dòng)力電池回收成難題……
未來(lái)取決于我們的選擇，但不論如何,，我們都不該在燃油車(chē)時(shí)代止步不前,。
