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2022年可能是一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，標(biāo)志著純電動汽車終于開始成為汽車市場主流，至少根據(jù)美國銀行證券公司的一份新報(bào)告來看是如此。然而，最近仍有一些研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)駕駛者對購買純電動汽車猶豫不決，因?yàn)樵跐撛谫I家看來，有限的續(xù)航能力是他們最大擔(dān)憂之一。

今天的純電動汽車在單次充電后可行駛的里程，比五年前多很多。如今許多電動汽車的EPA標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航估值超過了300英里（482公里）。Lucid Air的一個新版本甚至突破了500英里（804公里）的大關(guān)。

但大多數(shù)電動汽車仍遠(yuǎn)未達(dá)到這些數(shù)字，某些調(diào)查顯示，潛在客戶希望續(xù)航達(dá)到400英里（643公里）以上，才會考慮購買純電動汽車。

他們可能很快就會得到他們想要的東西。至少現(xiàn)在已經(jīng)有不少新出的概念車，以及一些來自實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和電池研究實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告，顯示他們已經(jīng)做到。

梅賽德斯-奔馳新推出的Vision EQXX概念車，續(xù)航里程為625英里（1005公里）。電池初創(chuàng)公司ONE（Our Next Energy）研發(fā)的原型電池包，據(jù)稱充電后可行駛700英里（1126公里）以上。

密歇根大學(xué)的研究人員聲稱，他們已經(jīng)開發(fā)出一種新的電池技術(shù)，可以使鋰離子電池的續(xù)航能力在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高五倍，同時還可以降低生產(chǎn)成本。

續(xù)航能力大幅增加

Guidehouse Insights的首席汽車分析師薩姆·阿布薩米德（Sam Abuelsamid）說：“到2025年左右，我們肯定會看到這其中的一些產(chǎn)品進(jìn)入市場，帶來很大的改進(jìn)。”

阿布薩米德說，這可能意味著“同樣大小的電池，續(xù)航能力可提高2.5到3倍”，如果是同樣重量的電池，那么續(xù)航能力至少提高一倍。他還說，未來的電池也會更輕、更小，并有可能更便宜。

汽車制造商和電池生產(chǎn)商正在努力縮小電池的尺寸和成本，同時增加續(xù)航能力▼

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，汽車和電池工程師大致采取以下三種方法：

• 重新設(shè)計(jì)電池包

• 改進(jìn)當(dāng)前鋰離子電池的化學(xué)特性

• 想出替代的化學(xué)方法，如固態(tài)電池或鋁空氣電池

梅賽德斯EQXX概念車使用第一種方法，即重新設(shè)計(jì)電池包，使其在更小的空間內(nèi)擁有比既往量產(chǎn)車型多一倍以上的電力。

現(xiàn)在的電池包通常的組裝方式是這樣的：許多單獨(dú)的鋰離子電芯組成模組，而這些模組又與電池控制系統(tǒng)一起排列在一個更大的電池包中。

這種樂高積木式組合方法的好處是，在單個電芯出現(xiàn)故障時，只需拉出其中一個模組，就能輕松更換。不過，隨著最新的電池?fù)碛谐掷m(xù)運(yùn)行10萬（16萬公里）至20萬英里（32萬公里）或更多的能力，電芯故障已經(jīng)不是什么值得關(guān)注的大問題了。

今天，只有大約三分之一的電池包是直接由電芯組成的。據(jù)阿布薩米德等專家稱，通過消除單獨(dú)的、可移除的模組，這一比例可躍升至80%或更高。這意味著要么是更多的續(xù)航里程，要么是更小、更輕、更便宜的電池包。

真正的突破即將到來

但是阿布薩米德說，這種“無模組電池”的方法并不是真正的“突破”。要產(chǎn)生真正的重大改進(jìn)，需要關(guān)注化學(xué)問題。這里有各種不同的方法，首先要說的是當(dāng)今的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”——鋰離子電池。

在鋰離子電池中，負(fù)極或陽極通常是由石墨制成，并滲透了其他化學(xué)物質(zhì)，如鋰。一些研究用硅取代石墨，因?yàn)楣杩梢晕�收更多的鋰。這就意味著可以儲存更多能量，或稱之為更大的“能量密度”。

這種方法也面臨著它獨(dú)特的挑戰(zhàn)：硅陽極更容易膨脹和斷裂，這就限制了其在汽車環(huán)境中的應(yīng)用，至少目前是這樣。

福特公司預(yù)計(jì)每年將生產(chǎn)足夠的電動汽車電池，為100萬輛汽車提供動力▼

人們正在采取各種其他方法來改進(jìn)鋰離子電池。而下一個重大推動力是尋找全新的化學(xué)成分。

在密歇根大學(xué)，研究人員聲稱已經(jīng)更新了一項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，即鋰硫電池。眾所周知，這種化學(xué)成分可以儲存更多的能量，但它無法很好地工作。最大的問題在于它的充放電循環(huán)次數(shù)有限。

密歇根州安阿伯市的研究人員想出了一個新穎的解決方案，使用從凱夫拉爾（制造防彈背心的材料）中回收的芳綸納米纖維。

“我們的綜合系統(tǒng)方法讓我們能夠解決鋰硫電池所面臨的首要挑戰(zhàn)。”尼古拉斯·科托夫（Nicholas Kotov）教授在接受《密歇根技術(shù)新聞》采訪時說。

如果這項(xiàng)研究取得成功，鋰硫電池可以使續(xù)航能力提高五倍�？仆蟹蛘f，該電池設(shè)計(jì)“幾乎完美”，其容量和效率接近理論極限。它還可以處理極端溫度，從烈日下充電的高溫到冬天的嚴(yán)寒。不過，現(xiàn)實(shí)世界中，電池的循環(huán)壽命可能會因?yàn)榭焖俪潆姸�縮短，這款電池大概可以經(jīng)歷1000個循環(huán)，也就是大約擁有十年的壽命。

澳大利亞初創(chuàng)公司GMG正在嘗試從鋰離子電池轉(zhuǎn)向鋁離子電池▼

多年來，人們還研究了許多其他有前途的替代化學(xué)成分，如鈉硫電池。還有很多材料正在開發(fā)中，包括石墨烯制造集團(tuán)（Graphene Manufacturing Group，簡稱GMG）正在研究的鋁離子電池。這家來自澳大利亞的公司聲稱，該技術(shù)不僅能以較低的成本獲得更高的續(xù)航能力，而且充電速度比當(dāng)前的鋰離子電池快60倍，這比加滿一個油箱還要快。

目前，最有可能取得突破的是固態(tài)電池。它的基本化學(xué)成分與現(xiàn)有的鋰離子技術(shù)相似，但內(nèi)部的電解質(zhì)不再是化學(xué)漿液，而是泡沫或陶瓷等固體。它的好處是多方面的：也許是兩倍的續(xù)航里程、更長的壽命、更低的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、更快的充電速度和更低的成本。

日產(chǎn)公司最近估計(jì)，電池成本將下降到每千瓦時75美元或更少，大約是目前的一半。還有一些預(yù)測預(yù)計(jì)每千瓦時將下降到50美元，對于一輛續(xù)航里程為400英里（643公里）的汽車來說，這可能意味著比現(xiàn)在節(jié)省1萬美元以上。

從實(shí)驗(yàn)室到路上

到目前為止，固態(tài)電池仍局限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，但一些汽車制造商2022年將在公路上測試更大的固態(tài)電池。

豐田公司的首席科學(xué)家吉爾·普拉特（Gill Pratt）在1月份表示，該公司預(yù)計(jì)在2025年之前將固態(tài)電池“商業(yè)化”，用于一款未命名的混合動力車。與此同時，日產(chǎn)公司表示，它將在2024年推出一個固態(tài)電池“試點(diǎn)”工廠，四年后將會有更高的產(chǎn)量。

豐田的吉爾·普拉特透露，該公司計(jì)劃首先在混合動力車上使用固態(tài)電池▼

對汽車行業(yè)來說，新電池技術(shù)的即將到來，既是一種祝福也是一種詛咒。那些能夠提高續(xù)航能力、加快充電速度、降低生產(chǎn)成本的制造商，將擁有潛在的巨大競爭優(yōu)勢。

但汽車制造商不能觀望等待。他們以及像韓國LG化學(xué)這樣的電池組件生產(chǎn)商，必須現(xiàn)在就開始推出使用現(xiàn)有電池技術(shù)的車輛。而一個新的電池廠將耗資數(shù)十億美元。

例如，福特公司在2021年秋天時承諾，要在肯塔基州和田納西州建立三個電池廠，將能夠?yàn)?00萬輛純電動汽車提供足夠的鋰離子電池。同時，福特也在與SK創(chuàng)新合作設(shè)計(jì)這些工廠，一旦固態(tài)電池被證明是可行的，就可以快速轉(zhuǎn)向固態(tài)技術(shù)。

汽車制造商很清楚，電動汽車的時代正在迅速到來。他們也知道，需要更好的電池來贏得大多數(shù)車主的青睞。實(shí)驗(yàn)室里有許多充滿前景的突破，在未來三到五年內(nèi)，我們將會了解到，哪些技術(shù)在道路上是可行的。