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中国能源新突破!或将攻破电动汽车世界级难题,燃油车会被取代?
2021/10/4 9:24:57 来源:企鹅号 作者:汽车惊奇社

近年来,石油资源短缺和油价上涨问题日趋严重,新能源汽车趁势迅速走进大众视野。甚至行业内已达成共识,电动车代表着未来汽车行业的发展方向。作为电动汽车的动力来源,动力电池技术可谓是汽车行业的风向标。

最近,我国电动车电池领域的领头羊宁德时代,突然宣布钠离子电池技术获得突破,性能优势明显,不久将投入生产。这一消息可谓是一石激起千层浪,钠离子电池有何优势,会不会改变现在的新能源汽车电池行业格局,甚至改变整个汽车行业的格局?

锂离子电池的研究和普及

在了解钠离子之前,让我们先来看看现在市面上电动汽车常用的锂离子电池。

在上个世纪 70 年代,锂离子电池和钠离子电池还在同一起跑线上,都是科学家研究的重点方向。但是不久科学家就发现,锂离子电池在性能上具有诸多优势。

1.能量密度高

能量密度是指相同重量的电池所具有的能量大小,是衡量电池续航能力的重要指标。电池的正负极材料是影响电池能量密度的关键因素。常用作负极的石墨电极,其容量在很早以前就达到了 350mAh/g,正极材料磷酸铁锂理论克容量为160mAh/g,而三元材料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g,而钠离子的正极材料是普鲁士白,其克容量远低于磷酸铁锂。这使得锂离子电池的能量密度远高于钠离子电池,这就意味着,要达到相同的续航里程,需要配备更多的钠离子电池。

2.可使用范围广

锂离子电池由于性能优势,可以广泛运用到对重量要求比较敏感的领域。在手机、无人机、电动汽车大众领域,锂电池绝对是不二选择。而钠离子电池则只能用于一些不太计较重量的大型储电设施。

3.循环寿命长

在上个世纪80年代,锂离子的材料研究率先取得突破,钴酸锂和石墨构成了电池阴阳两极的材料组合,而钠离子却始终没有找到合适的材料,这使得当时商用的锂离子电池循环寿命能达到钠离子电池的 10 倍左右。

于是,锂离子电池迅速被生产和商用,走进了千家万户,直到今天,锂离子电池依然是电动汽车的首选。

在全球广泛应用锂电池之后,问题也接踵而至。有人计算过,如果将地球上的内燃动力都用锂电池替换,锂电池是不够的,主要原因是锂元素本身的储量不足。也就是说,锂电池虽然是系能源,但是由于资源不足,在可持续性上与石油等资源没有太大区别。我国企业和科学家也认识到了这一点,于是逐步将眼光放回到钠离子电池的研究上。通过近十年的深入研究发现,钠离子电池虽然具有一些性能上的劣势,但是这些劣势都可以通过改进技术赶超锂离子,而钠离子本身却具有锂离子无可取代的优势。

钠离子的优势无可取代

资源与成本

钠离子电池最明显的优势就在于资源的丰富性,这是新能源汽车在未来可以全面取代燃油汽车的前提条件。北京中科海钠科技有限公司 CEO 唐堃表示,地球上的锂矿总量不到 7000 万吨,而钠元素在整个地球的元素丰度中占 2.3%,是锂元素的上千倍,可谓取之不尽用之不竭。

同时,中科海钠研发团队还设计研发出了一种新型廉价氧化物,作为钠离子电池的正极材料。相比于锂电池使用的稀缺资源钴和镍,钠离子电池材料的成本几乎降低了一倍。

温度适应性与安全性

锂离子电池的三种类型都具有比较致命的缺陷:

锰酸锂电池低温性能好,在零下负20度放电能有90%以上的效率,但是高温性能很差,温度不能超过80℃,否则就会影响放电效率

铁锂电池则恰恰相反,无法适应北方冬季的低温环境,在高温下却能正常运行。

三元锂电池则是这三种电池中安全性最不稳定的一种,由于其技术尚不成熟,在电动汽车中的应用相对很少。

而钠离子电池已经可以做到在零下40度到80度的温度区间里工作,完全融合了锂电池的优点。同时,钠离子电池允许放电到0伏,也可以允许大电流工作,这就保证了它对高强度的电流具有一定的承受能力,比锂电池更加安全稳定。

钠锂相争还是钠锂共舞

从这三点来看,未来钠离子取代锂离子成为电动汽车的首选电池是可以预见的,不过钠离子想要在短期内完全取代锂离子却不现实。因为钠离子的劣势主要还是,能量密度低导致的续航能力弱的问题。尽管经过十年研发,宁德时代发布的第一代钠离子电池,能量密度能够达到160Wh/kg,但是距离锂电池的230~250Wh/kg仍有较大差距。

可以说,目前的钠锂电池各有优劣,所以科学家就提出了钠锂混用的电池组合方法,希望能够通过优势互补达成电池组的最佳效果。使得电动汽车的综合性能更强,实际使用的体验更舒适。

电动汽车的飞跃还需时日

电动汽车虽然具有强大的功能,在动力和续航能力上都不逊色于燃油汽车,但是想要实现飞跃取代燃油汽车,仍然还有很长的路要走,尤其是要解决当下电动汽车车主面临的困扰。

其中最重要也是车主呼声最高的要数充电问题了。理论上讲,如果电动汽车充电5分钟以内,能够实现500公里以上的续航,就可以基本取代汽油车,充电3分钟,续航1000公里以上就可以完全取代汽油车了。

但是,以我们目前的充电功率来看,要完全达到这样的水平至少需要10年以上的研发。现在市面上电动汽车的电池大概为80kwh,特斯拉的超级充电桩功率也才80到120千瓦,一台电动汽车想要充满电至少要1小时,而燃油汽车加油只需要五分钟时间。另外,即使这么慢的充电速度也不是所有人随时随地都可以用到的。电动汽车停车位和充电桩严重不足增加了充电的时间成本,极大地打消了许多人购买电动汽车的欲望。

对此,有人提出可以增设换电池服务站,汽车电不够了直接换购电池就可以了。这种方法可行吗?表面上看这种方法高效实用,但是在实际操作中困难重重。

首先是最重要的成本问题,据了解,现在新能源汽车厂家给服务站换电池的服务费大概是400元/辆,不知道有多少车主能够接受换一次电池400元的价格。

其次是电池规格不同。每种车根据性能差异,在设计时油箱大小都各不相同,更别说设计出规格相同的电池了。电池种类差异决定了,电池服务站要么舍弃一部分服务,要么增大工作量满足所有车主的要求同时增加成本。显然,这两种方法都不能有效地解决充电问题。

由此可见,电动汽车虽然拥有广阔的未来,但是现在还是属于燃油汽车的时代。

9月17日,宁德时代董事长助理孟祥峰透露,公司旗下首条钠离子电池生产线将于2022年投产,计划2023年形成完整的产业链。对于钠离子电池的姗姗来迟,还请各位电动汽车车主给予一定的宽容。毕竟电动汽车行业还在起步阶段,国家和科研团队都需要时间为它的未来寻找到一条最合适的道路。


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编辑:风不啦
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