《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > 業(yè)界動態(tài) > 時間都去哪兒了:電池技術(shù)10年無突破

時間都去哪兒了:電池技術(shù)10年無突破

2015-03-23

       石墨負(fù)極,硅負(fù)極,金屬負(fù)極,材料學(xué)家在鋰電池革新上可謂“無所不用其極”,元素周期表幾乎全數(shù)被塞進(jìn)這個神秘曲奇,解決一切問題的新型陰極材料頻繁見諸媒體頭條;能量密度更高,充電速度更快,單位成本更低,循環(huán)次數(shù)更多……論文天天發(fā),投資疊疊加,可產(chǎn)品呢?

  車云菌自認(rèn)為無需作答,每個讀者手上都有蘋果,安卓或WP,為什么當(dāng)年1200mAh的諾基亞輕松待機(jī)1周,現(xiàn)而今3000mAh不忘清后臺, 殺進(jìn)程,戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢頂多勉強(qiáng)兩天?還有某表18小時的“all-day battery”(全天續(xù)航)也是醉了。同時別忘記,當(dāng)年的諾記N95使用的德儀OMAP 2420那是90nm制程,當(dāng)今的主流高通驍龍?jiān)趺匆彩?8nm了吧,按照英特爾的“滴答”戰(zhàn)略,“煎蛋龍”領(lǐng)先老大哥至少3代,那節(jié)能效率上的數(shù)據(jù)還要 車云菌掏計(jì)算器么?話說回來,就算現(xiàn)在移動處理器是高頻高核數(shù),屏幕是高分高密度:

  請問,革命性的量產(chǎn)電池在哪兒?

  研究人員使用X光觀察試驗(yàn)電池的工作狀態(tài)

  電動汽車,好東西。用老祖宗的話說,靜若處子,動若脫兔。實(shí)話說P85D百公里3.2s的性能,含稅預(yù)估不到110萬的價格,要說特斯拉不厚道 那是真違心。再加上零排放的環(huán)保光環(huán)加持,旗艦級互聯(lián)網(wǎng)大佬們的站臺,為何市場還是無法啵兒起?車云菌從不拐彎抹角,一向簡明扼要:電池太貴,充電太頻!

  10年過往,太多的“專利技術(shù)”放話要顛覆電池行業(yè),繼而前赴后繼的不知所蹤。就算是當(dāng)年技術(shù)+資金都不是事兒的A123,股價也在3年之內(nèi)從25美金跌至37美分,無奈之下作價賣給了魯冠球。

  接下來是一個意味深長的故事。

  2012年2月,華盛頓DC,一場新能源學(xué)術(shù)會議,蓋茨和克林頓的大名吸引了慕名而來的大批行研,投資人和企業(yè)家,還有大名鼎鼎的ARPA- E,美國高端能源項(xiàng)目研究署。署長Arun Majumdar在現(xiàn)場友好而熱烈的氣氛中宣布了其任上第一個落地的大項(xiàng)目:創(chuàng)業(yè)公司Envia研發(fā)的雙倍能量密度新電芯。Arun表示一次充電可從華盛 頓直接開到紐約的汽車電池成本可從3萬美金降至1.5萬,圍觀群眾反響熱烈,紛紛表示都將購買棒呆的電動車。

  很快,Envia獲得通用汽車(GM)的青睞,雙方簽署合作計(jì)劃,后者出資支持其研究,計(jì)劃讓這種新電芯在自家電動車上大放異彩。記者 Steve LeVine在他的著作《The Powerhouse》中這樣評價:這筆交易給Envia帶來數(shù)以億計(jì)的潛在業(yè)務(wù)。但好景不長,GM的電池專家發(fā)現(xiàn)自己無法重現(xiàn)Envia的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果,Envia的革命性電池產(chǎn)品就此Duang掉。

  鋰離子電池,上世紀(jì)70年代末發(fā)明,90年代大規(guī)模商業(yè)化。這種電池依靠鋰離子在正負(fù)極之間移動來產(chǎn)生電流,輕便高效,便攜式電子產(chǎn)品因此大規(guī) 模轉(zhuǎn)型;但電動車上搭載鋰離子電池卻是近幾年的事。同在90年代,GM的電動車EV-1使用的是老掉牙的鉛酸電池,600公斤的電池充滿后卻只提供80到 150公里的續(xù)航。2008年特斯拉在自家第一款產(chǎn)品中引入了鋰離子電池,提供400公里的續(xù)航能力(幾乎3倍于當(dāng)年的EV-1),然而整車售價達(dá)到了 10萬美金,這貨到底貴在哪兒?用腳趾頭都想得通。話雖如此,那屌絲們怎么辦?日產(chǎn)和GM使用了小電池組的產(chǎn)品自然要廉價很多,當(dāng)然續(xù)航里程也同時大打折 扣咯,幾乎都沒能超過160公里。無語,依然10年前的水準(zhǔn)。

  電池這么個小玩意兒,技術(shù)難度到底在哪兒?

  車云菌跟讀者一樣有此疑問。但別看它不起眼,如果要動它哪怕一分一毫,假設(shè)只是一個電極換成新材料,沒有經(jīng)年累月的測試,也沒人敢打包票。

  LeVine在他的書中描述了當(dāng)年Envia的窘境。2006年Envia從阿貢國家實(shí)驗(yàn)室弄到一種牛X的新材料,熱乎勁兒還沒過,問題出現(xiàn) 了,掏腰包的大佬們稱之為“毀滅因子”:時間一長,新電池的電壓就變得極不穩(wěn)定——廢了。阿貢實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員日夜攻關(guān)也沒能給出個像樣的說法,實(shí)際上這 幾位磚家對新材料的物理和化學(xué)特性還不夠了解,這種情況下盲目入手顯然也是醉了。

  Envia顯然不打算放棄,基于硅材料加工的電極又被開發(fā)出來,但這次他們又遇到問題:新電極不太結(jié)實(shí),眨眼間四分五裂。這次磚家們?yōu)榱吮W★埻?,星夜兼程總算是解決了問題,然而……解決方案實(shí)在是過于復(fù)雜,根本不可能在量產(chǎn)中實(shí)施。

  時間快進(jìn)到2012年,Envia公司信心滿滿的參與了華盛頓的那場大會,因?yàn)樗麄兺昝澜鉀Q了之前兩種材料的問題:新的硅電極加工起來很便宜, 而來自阿貢實(shí)驗(yàn)室的牛X材料被一種新的涂層包裹,穩(wěn)定了電池的輸出?!癊nvia終于明白問題是出在了涂層上,”LeVine在書中說道,“但他們一直沒 有確定涂層的組分,也不清楚為什么涂層能夠解決問題?!钡獷nvia只是一家創(chuàng)業(yè)公司,限于資金壓力,他們沒有設(shè)備來搞清楚這一點(diǎn)。之后大家都知道 了,GM提出Envia的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法復(fù)現(xiàn),那么涂層問題再次成為關(guān)鍵:材料組分上的細(xì)微變化足以造成性能上的天差地別。戲劇性的是,Envia振奮人心 的材料突破,其實(shí)得益于不靠譜的供應(yīng)商導(dǎo)致的原料污染。都說失敗是成功他老娘,話糙理不糙,可成功總覺著自己是孤兒,這事兒就變得不那么勵志了。

  相比Envia,特斯拉和松下公司在電池上的革新顯得靠譜很多。自2008年至今,Tesla的電池組成本砍掉近一半,而儲能效率驚人的提升了 近60%。特斯拉聰明就聰明在自己不玩化學(xué)的玩意兒,而是在工程學(xué)和生產(chǎn)工藝上動腦筋,電池材料上的改進(jìn)則依賴于松下,老話說得好,聞道有先后,術(shù)業(yè)有專 攻,如是而已。

  特斯拉Model S電池組

  據(jù)此,特斯拉放話說2017年將會上市Model 3,續(xù)航超320公里,售價卻“低至”3.5萬美金;當(dāng)然,預(yù)期銷量也從目前的每年幾萬臺上調(diào)到數(shù)十萬臺。從車云菌的角度,目前全球每年汽車銷量約60萬 臺,如果一大半是電動汽車的話,恐怕光靠男神Musk的顏值不足以解決問題——電池性能還需努力。畢竟輕松續(xù)航600公里的汽油車妥妥鄙視320公里的純 電小兄弟,而且10萬人民幣的汽油車也算有里有面兒,22萬(3.5萬美金)的電動車要說人手一輛,就算美帝群眾也得掂量掂量吧。

  那么問題來了,電池性能如何進(jìn)一步提升?特斯拉的保守治療方案能一直起作用么?車云菌竊以為Envia的大躍進(jìn)也不見得完全不可取,只是做科研 容不得半點(diǎn)馬虎,再加上專業(yè)的工程和制造團(tuán)隊(duì),則革命成功也許指日可待。近期的電池領(lǐng)域研究顯示,材料組分對電池性能的影響已經(jīng)被量化,這意味著尋找電壓 和儲能的極限不再是癡人說夢。

  Andy Chu,破產(chǎn)于2012年的A123前高管,說了這番意味深長的話:“為何電池行業(yè)的玩家都是大佬?說白了電池這貨復(fù)雜度超出你想象。我個人希望創(chuàng)業(yè)公司能在這個領(lǐng)域干出一番事業(yè),但縱觀行業(yè)古今,小玩家的前景恐怕不容樂觀?!?/p>


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn)。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。