电动汽车普及难题
电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好,但当前技术尚不成熟,阻碍电动汽车发展的主要因素就是电池问题——成本高、体积大、容量小、续航里程短、充电时间长等。
StoreDot公司位于俗称以色列“硅谷”的赫兹利亚,现有职工75人,在以色列的高科技公司里算是规模大的了。公司以合成化学研究为基础,通过采购和定制设备,建立起了包括有机合成化学实验室、有机物测试平台、高速旋转材料混合器、薄膜基材表面喷涂机、电极烘干机、机器人电池组装机、电池充放电测试平台和电池内部材料特性变化检测平台等在内的小规模快充电池研发、生产和测试体系,致力于寻求最快速充电电池材料的优化组合。公司成立于2012年,已发展成材料及设备应用创新行业的领导者。
早在2014年的微软ThinkNext大会上,StoreDot就展示了他们的手机FlashBattery,宣称能够在30秒内给手机充满电。据StoreDot称,他们利用纳米技术合成了一种新的人造高分子材料,即生物有机多肽分子,StoreDot称之为纳米点。使用这种材料开发出的电池,可以以更快的速度存储更多电量,就像超高密度的海绵,能够迅速吸收并保留电量。
也许是因为当时的产品原型还处于初级阶段,看起来比较笨重,以至于一些媒体当时误报道为StoreDot公司开发了一款新型的超级充电器,可以在30秒内将一个电池用尽的三星Galaxy S4手机充满电。
新品量产看好中国
在StoreDot位于赫兹利亚的总部,公司创始人兼首席执行官多伦·梅尔斯多夫对记者说,这是个误解,StoreDot研发的不是充电器,而是电池。不过对于这种快充电池,的确是需要特制的充电器,因为充电器的功率和输出电流不同,充电时间也就不一样。比如说,对于采用了StoreDot研发的FlashBattery的手机,如果使用输出电流为50A的充电器,可在5分钟内为手机充满电。这种充电器也被称为“20倍”充电器,因为其充电速度是现有充电技术的20倍。如果想在1分钟甚至30秒内为手机充满电,则需要使用“100倍”甚至更大的充电器。但是,“100倍”充电器的功率达到了200瓦,它的体积比智能手机本身更大,不方便放入手包中随身携带。而且,为了更快充电,充电器需要与电池直接相连,智能手机制造商必须在手机背壳后钻孔。可以想象,人们恐怕不愿意为此付出审美代价。因此,StoreDot认为目前最实际最简单的解决方案是“20倍”充电器,因为它依然是袖珍型的。即使“20倍”充电器也要求特殊接口,而现在业内大多数使用USB和Type-C通用接口,要让人们都接受它使之成为行业标准可能还需要一段时间。
多伦介绍说,StoreDot研发的FlashBattery分为两代,用于手机的第一代FlashBattery的技术问题基本已经解决。在StoreDot的研发实验室,多伦向记者解释了其成功秘诀,即用纳米材料和合成有机材料的混合物取代了传统电池中的石墨,在锂离子快速通过合成有机材料进入活性材料实行快速充电的同时,又利用纳米材料保护合成有机材料不膨胀和不分解,从而也消除了传统电池快速充电时存在的安全隐患。混合物的纳米材料是将包括硅在内的多种原材料加工成纳米量级微粒后按比例混合而成,有机材料则是根据需要在公司有机化学实验室中合成获得。一块FlashBattery的核心结构由50个正极和50个负极相互叠加且中间注入电解质而成,正极和负极分别是在铝、铜薄片的单面镀上纳米材料和有机材料的混合物而来,镀层厚度仅为7微米。正极和负极薄片的尺寸也仅为一张名片大小的2/3,电池完成组装后,与现在市场上的手机电池大小相当。
多伦说,第一代FlashBattery很快就可以投入量产,现在面临的不是技术问题而是生产能力问题。即使在整个欧洲,也找不到任何一家工厂能够具备一天生产一百万块电池的大规模生产能力。他表示非常看好中国,因为中国有充足的材料供应、大规模生产能力和广阔的手机市场需求。
快速充电才是关键
根据全球移动情报公司Newzoo发布的全球移动市场年度报告,在全球范围内,2016年智能手机用户数量为23亿,2017年将增长到26亿。到2020年,这个将达到36亿,接近世界人口的一半。其中,中国用户最多,2017年使用智能手机的消费者高达7.17亿。多伦透露说,StoreDot已经在中国深圳寻找到一个合作伙伴,现在仍在洽谈,并在选址建设新的生产工厂,预计今年内能达成协议,明年就能开始投入大规模量产。
在传统能源供应日趋紧张、环境问题不断加剧的大环境下,电动汽车逐渐成为各国重要的能源战略,得以在全球大范围推广,但电池问题一直是阻碍电动汽车发展的重大绊脚石。续航里程短、充电时间长,让车主们望而却步。
据福布斯调查,在目前的技术水平条件下,满充的汽车电池最多能跑265英里(约420公里),一个标准的充电器需要几个小时才能将其充满,而使用特斯拉的超级充电桩也至少要75分钟以上才能充满。相对之下,化石燃料汽车添加一次燃料只需要几分钟,却能跑500公里以上。这也在某种程度上大大地制约了电动汽车的发展和推广,因为用户在选购电动汽车时通常会有这样的顾虑。2015年,美国的汽车销量为1650万辆,其中只有11.8万辆是电动车。
很多研究人员专注于提高续航里程,但StoreDot关注的是充电速度。多伦认为,快速充电才是让电动汽车普及的关键。他说,如果让司机在续航400英里但需要2个小时才能充满电与只需要充电5分钟就能续航200英里之间进行选择的话,他肯定会选择后者。
新型电池引领时代
StoreDot的第二代FlashBattery就是用于电动汽车的快速充电电池,其原理和设计理念和第一代电池基本相同,从技术原理上讲,给一块电池充电和同时给十块电池充电,其速度是一样快的。也就是说,如果充满一块手机电池只需要5分钟的话,给一辆电动汽车充满电也只需要5分钟,因为电动汽车的电池箱正是由7000块手机电池组合起来的。
多伦坚信,FlashBattery技术将给全球电动车市场带来革命性的影响。首先,它将解决电池尺寸问题,为了确保更远的续航里程,普通汽车电池又大又重。其次,充5分钟就可行驶480公里,平均1分钟就能行驶近100公里,这将极大地节省司机排队充电的等候时间,大幅提高充电效率,从而可减少充电站的充电桩数量,大大降低驾驶电动汽车的整体成本。
不过,第二代FlashBattery现在面临两大难题:一个是成本问题。使用第一代FlashBattery的手机,每台成本可能会增加20至30美元,对消费者而言这不算什么,很容易接受,人们肯定很愿意为此付费。但对电动汽车来说,情况就不一样了。1块电池即使贵1美元,7000块电池就贵了7000美元,整个车价就贵了很多。因此必须要找到更加便宜的电池材料,必须和传统的锂电池成本相当才行。另一个是电动汽车的电池需要大容量,所以体积也大,对散热和安全等方面的要求也更高。
多伦表示,StoreDot的第二代FlashBattery技术尚不成熟,仍在研发阶段。研究人员将现有的材料反复进行组合、实验,希望能找到最佳的比例配方。有些组合在实验中显示可以,但性能不够稳定,估计还需要一年的时间才能制造出性能稳定的汽车电池。
此外,等用于电动汽车的第二代FlashBattery研制成功后,还需要对城市的许多基础设施进行重新设计和升级,才能够满足汽车电池快充的需要,包括建设全新的充电设备、电线、接口以及提高供电能力等。多伦举例说,尼桑“树叶”或雪弗兰“Volt”这两款小型电动汽车,需要3500块第一代FlashBattery组成的电池组。该电池组要实现5分钟快速充满电,就需要功率高达350千瓦的充电设备。相比而言,特斯拉公司为其高端电动汽车提供“超级充电桩”功率只有120千瓦,两者相差近3倍。
多伦说,StoreDot公司的主要任务是为电动汽车提供快充电池,至于配套的充电设备特别是供电问题将由其他公司来解决。在他看来,这些技术不成问题,只要政府下定决心,很快就能解决。他相信,用不了几年,电动汽车时代就会到来。
