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電動車科技展望之:鋁電池

有時候真不太了解國内的很多車評噏主的腦袋裡是裝什麼的?但凡一說到電動車,在他們嘴裡的“高科技”就隻有什麼自動駕駛、雷射雷達、n多個攝像頭、在車裡跟對眼睛聊天之類,而當他們談汽車時,真能拿出真才實學、将何謂操控性能、用語言和文字表達清楚的,更是鳳毛麟角,最大不了就是說說動力、說說配置就叫車評了......一片渾濁的汽車媒體行業裡,人設比知識重要、顔值比車重要......

之前一篇文章介紹了比如今流行的锂離子電池更為先進的锂空氣電池,文章最後筆者提了一下核聚變技術的發展,結論是:BEV車型、也就是目前國内被各路車評人吹爆的純電動車或者他們口中無比先進的新能源車,這棵科技樹的終點将止于核聚變或者太陽能科技的大規模民用化應用,當然這還必須依賴電池技術的發展,筆者敢斷言,如今那些锂離子電池的發展和主流地位,堅持不到2030年。理據有兩個,锂離子電池的能量密度相對于在研的鋁離子電池要低太多、其次是锂金屬在地球上的存量太低,如今這樣發展BEV車型、完全依靠電池容量來推動其發展的模式,是否能堅持到2030年也是一個問題,要知道,锂金屬在陸地上的含量隻有0.0065%。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:這是啥?先賣個關子、後面再介紹。

這次要介紹的電池類型叫鋁電池,但這隻是統稱,目前在研的鋁電池分為鋁離子電池(Aluminium-ion Battery)和鋁空氣電池(Aluminium–air Battery)兩大類,下面咱們就簡單介紹一下這兩種即将能投入到實際的應用的新型電池吧。

首先是鋁離子電池,它是一種可充電電池:放電時,鋁離子通過電池的正極流向負極來産生能量;充電時,鋁離子傳回負極,每個鋁離子可以交換三個電子,而锂離子就隻有一個。也正是因為擁有三個機關的電荷,是以其能量密度比锂離子電池要高得多,锂離子電池的能量密度是406Wh/kg,而鋁離子的能量密度為1060Wh/kg,更關鍵是鋁在地球上存量要比锂高出四個數量級,地球的存量達到8%,比鐵還多。豐富的存量也預示着一旦攻克了保存期限較短的問題,其更高的能量密度、快速的充電時間、寬闊的适用溫度範圍(-40°C~120°C)、不易燃燒等優點。目前國内的浙江大學高分子科學系也站在了鋁離子電池研究的前沿。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:注意左下角的方程式,鋁離子電池可以放出3個電子,這是其能量密度比锂離子電池高的基本原因。

另外一種更高科技的鋁電池名叫鋁空氣電池,它暫時還是一種不可充電電池,每個電池的電壓為1.2伏,原理是利用大氣中的氧氣與鋁産生化學反應産生電,但其理論值高達8000Wh/kg、實際應用已經能達到1300 Wh/kg的極高能量密度水準,經實際測試,其等效燃油效率達到了15%,與内燃機汽車的13%相當。這種優勢讓它已經率先被應用到軍事領域,例如一些不友善經常拆卸更換電池或者不經常送電的儀表或者雷達的待機電力供應,便會使用到鋁空氣電池,美國空軍的鋁氯電池在1970年代已經投入使用。雖然不能充電,但用完即棄在軍事領域也是常态、能被接受的。但這種特性放在民用領域或者商用就不合适,雖然同體積狀态下的鋁空氣電池的續航能力是锂離子電池的8倍,但用完就要換新這一點,又有多少車主能接受呢?或者我可以,但不代表所有人都能接受。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:這個便是鋁空氣電池的實體,其原理其實并不複雜,稍微學過化學、看得明白其反應公式的都能了解。相類似技術早在1970年代已經開始在美國空軍使用。

鋁空氣電池其實從1989年便開始在實驗機構裡取代了鉛酸電池進行車輛測試,2013年3月,以色列的Phinergy公司便釋出過一段以鋁空氣電池在電動車上應用的視訊;2014年2月,該公司與Alcoa(美鋁)建立合作關系,開發電動車用的鋁空氣電池,經過測試,續航裡程可達1600公裡;2021年3月,該公司于印度石油公司合資組建了公司推動Al-Air電池的商業化應用。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:以色列的Phinergy公司是鋁空氣電池技術的主要推動者之一,也是最早邁入準商業化應用的企業,目前已經在印度開始試驗性推廣。

雖然鋁空氣電池擁有着至今為止屬于“無敵”的性能,但距離大規模、普及化商業應用依然還有問題未曾解決,例如純鋁的陽極極容易被電解液腐蝕,鋁離子反應後的水合氧化鋁會形成凝膠狀物質而降低電力輸出、理想的陰極材料仍在摸索中,例如意大利的科研機構便送出過鋁玻璃電池的專利,另外還有鋁硫電池等等。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:雖然鋁空氣電池仍有很多實際應用問題有待解決,但其令锂離子電池望塵莫及的能量密度、安全性、氣溫适應性、低成本都足以在可見的未來成為能量儲存的主流。

電動車科技展望之:鋁電池

圖:上文那台便是以色列Phinergy與美國鋁業公司共同研發的鋁空氣電池測試車,就是車尾箱眼見的電池組,讓這台小車跑了1600公裡,可以發揮想象力,如果特斯拉的底部全換上這種鋁空氣電池,能跑多遠?筆者估計不低于3000公裡吧。

儲能技術的發展是電驅動技術科技樹的其中一個分支,但這裡也必須清晰一個道理,車輛作為交通工具使用,解決續航力問題的關鍵在于如何讓車輛本身産生能量,回溯1900年代~1920年代的第一次電動車輝煌期,其充沛的動力輸出是其走紅的原因,但蹩腳的續航力是它輸給内燃機的緻命一擊,因為内燃機本身自帶了将熱能轉化為動能的能力,而電動車沒有,失敗的曆史教訓不應該被再次重演一次,如今那些所謂的新勢力造車企業,咱們能看到的隻是将PPT換回來的資本投入到堆砌裝置和市場包裝上,幾乎沒有一家能拿得出真正的高科技研發能力,例如新型電池的研發、例如驅動系統和驅動管理的革新革命等,更别說思考為車輛帶來能量産生或者轉化的能力了。别跟我說什麼工業4.0時代、更别說什麼能自動駕駛就是高科技,汽車也好、電車也罷,不從曆史中吸取教訓,倒閉時别哭着臉賣慘就行,到時想再聞聞汽油味都難。

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