電動(dòng)汽車自上個(gè)世紀(jì)末現(xiàn)身至今，續(xù)航能力(電池容量)一直是阻礙其發(fā)展的主要原因。隨著電動(dòng)車技術(shù)的發(fā)展，各大廠商都在積極地布局，以獲取未來發(fā)展的空間。科技的飛速發(fā)展使得新技術(shù)層出不窮。本期我們?yōu)榇蠹冶P點(diǎn)各家電動(dòng)車的電池技術(shù)，以便更了解電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。在享受科技帶來的便利同時(shí)，我們要以更加包容的心態(tài)接受新技術(shù)，只有當(dāng)動(dòng)力電池性能得到改善、成本大幅降低、規(guī)模化應(yīng)用之后，才能帶動(dòng)其他較為成熟的環(huán)節(jié)的大力發(fā)展。

　　首先，我們來了解一下電池的種類

　　第一個(gè)，蓄電池。它是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，可以使用可逆的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行再充電。它的工作原理：充電時(shí)利用外部的電能使內(nèi)部活性物質(zhì)再生，把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出，比如生活中常用的手機(jī)電池等。以鉛蓄電池為例，簡(jiǎn)單地說就是在放電的時(shí)候，正極的氧化鉛得到電子，而負(fù)極則由金屬鉛失去電子。充電的時(shí)候則相反。

　　現(xiàn)在的電動(dòng)汽車，無(wú)論是純電動(dòng)車還是混電動(dòng)車，基本都是用的蓄電池。因?yàn)橄啾绕渌姵兀铍姵氐陌l(fā)展時(shí)間更長(zhǎng)，技術(shù)更成熟，同時(shí)成本更低。但蓄電池的缺點(diǎn)也十分明顯，它的能量密度太低了，平均1千克蓄電池不足0.1千瓦時(shí)，也就相當(dāng)于0.36MJ/Kg，而汽油的熱值是46MJ/Kg。即使電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率是汽油機(jī)的3倍，也仍有40余倍的差距。相當(dāng)于1千克汽油干的事，你要拿40千克的電池來辦。

　　蓄電池低能量密度的特點(diǎn)導(dǎo)致了現(xiàn)在的電動(dòng)車重量居高不下，因?yàn)槠涔怆姵鼐椭丶s一噸。而且還只相當(dāng)于30多升汽油。

　　第二個(gè)，燃料電池。它是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它和蓄電池的工作原理比較相似，但蓄電池是將電能儲(chǔ)存起來，其化學(xué)反應(yīng)可逆。燃料電池是在發(fā)電，其化學(xué)反應(yīng)不可逆。燃料電池的起步較晚，所以技術(shù)相對(duì)而言沒有那么成熟。日本研究燃料電池幾十年了，也沒有將燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化。反而在我國(guó)，隨著天然氣使用的進(jìn)一步普及，肯能會(huì)給燃料電池的發(fā)展帶來新的活力。要論能量密度，燃料電池能將燃料的大部分能量轉(zhuǎn)化為電力，能量密度當(dāng)然非常高。

　　第三個(gè)，超級(jí)電容電池。電容，這東西在生活中很常見，她就是一個(gè)儲(chǔ)電源器件，其作用就是儲(chǔ)存電荷，然后在需要的時(shí)候釋放。但是一般的電容所儲(chǔ)存的電荷非常少，能量密度甚至遠(yuǎn)低于蓄電池。不過近年來隨著對(duì)超級(jí)電容的研究，電容能儲(chǔ)存的電量變得越來越大，現(xiàn)在已經(jīng)可達(dá)10KWh/Kg，如果算上能量轉(zhuǎn)化效率，這種能量密度已經(jīng)跟汽油的效率相差不多了。關(guān)鍵的是超級(jí)電容電池充電只需要幾分鐘，這對(duì)比蓄電池來說要好太多了，而且它能大電流放電，這又是一大優(yōu)點(diǎn)。但超級(jí)電容電池現(xiàn)在技術(shù)依然不太成熟，而且成本太高。

　　下面我們來了解一下主流電動(dòng)車型的電池

　　首先，行業(yè)標(biāo)桿特斯拉model s。目前的特斯拉Model S采用的是來自松下的18650電池，其電池板共包含了7000多節(jié)18650鈷酸鋰電池，重達(dá)900公斤。鈷酸鋰電池，也是一種蓄電池，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高、綜合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要用于中小型號(hào)電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。實(shí)際上，特斯拉選擇了一種比較直接，也比較保險(xiǎn)的方式。鈷酸鋰電池是一種比較老的技術(shù)，非常成熟，成本也相對(duì)較低。但由于其安全性較差，所以不得不用較小型號(hào)的18650電池，這樣才不至于一發(fā)生意外就引起整個(gè)電池的爆炸。當(dāng)然，小型化的代價(jià)是總重量增加以及成本的增加。因?yàn)槊恳粋€(gè)單體電池都要設(shè)置傳感器，感知每塊電池的工作狀態(tài)和溫度情況，由電池控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，防止出現(xiàn)過熱短路溫度差異等危險(xiǎn)情況。 使用較小的單體電池，是特斯拉體重和價(jià)格居高不下的原因。

　　再來看一看比亞迪e6的電池。比亞迪e6使用的是磷酸鐵鋰電池，從本質(zhì)上講它仍然是一種蓄電池，它不同于特斯拉使用的鈷酸鋰電池的是，它的正極材料使用的是磷酸鐵鋰，而鈷酸鋰電池使用的是鈷酸鋰。現(xiàn)在兩種電池的負(fù)極都是用的氫，當(dāng)然是被儲(chǔ)氫材料吸附的氫。磷酸鐵鋰電池即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性很好。而且循環(huán)壽命更好，能達(dá)到2000次，這就大大增加了它的使用壽命。由于鈷的價(jià)格很高，磷酸鐵鋰電池對(duì)比鈷酸電池成本更低。得益于較高的安全性較高，磷酸鐵鋰電池可以把電池單體做得更大，這就意味著更高的能量密度和更低的成本。但畢竟磷酸鐵鋰電池是一個(gè)較新的東西，技術(shù)肯定比不上鈷酸鋰電池成熟。所以比亞迪在電池方面已經(jīng)做得夠好了，把一個(gè)新技術(shù)做得可以民用了。

　　現(xiàn)在的大部分混合動(dòng)力車都是用的鎳氫電池，以豐田普銳斯為代表的很多混合動(dòng)力汽車均采用此類電池作為儲(chǔ)能元件。由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，其電池組的體積要比鋰電池大上一些。鎳氫電池具有“記憶效應(yīng)”，即電池在循環(huán)充放電過程中容量會(huì)出現(xiàn)衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗。但是這一點(diǎn)對(duì)于擁有擁有發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車來說并不重要，因?yàn)榛旌蟿?dòng)力車的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)經(jīng)常對(duì)電池進(jìn)行充電。正是由于鎳氫電池的低成本，才會(huì)受到混合動(dòng)力車的青睞。

　　現(xiàn)在市售的電動(dòng)車，無(wú)論是混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車，其電池都是蓄電池。無(wú)論怎么改進(jìn)蓄電池都有兩大致命弱點(diǎn)，第一，非常低的能量密度，第二，很長(zhǎng)的充電時(shí)間。我們來看一下蓄電池的充放電原理就清楚。電動(dòng)汽車用的蓄電池在放電的時(shí)候都是由氫原子放出一個(gè)電子，經(jīng)過導(dǎo)線和電動(dòng)機(jī)，流到正極，也就是鈷酸鋰和磷酸鐵鋰這一端。在這個(gè)過程中，就只有氫原子的電子起了作用，其他的所有包括儲(chǔ)氫材料、電解液等其他所有輔助材料都是這個(gè)反應(yīng)必備的鋪墊。相當(dāng)于說，只有一個(gè)氫原子是主角，其他所有的都是配角，大量的重量被浪費(fèi)掉了。在充電的時(shí)候，這個(gè)過程就會(huì)反過來，一旦充電過快，電池兩級(jí)的物質(zhì)就可能發(fā)生不同化學(xué)反應(yīng)從而變成其它物質(zhì)，導(dǎo)致電池使用壽命降低。

　　電池技術(shù)前瞻

　　未來電動(dòng)汽車的電池依然會(huì)在三個(gè)方向上發(fā)展：蓄電池、燃料電池、超級(jí)電容電池。

　　在蓄電池方面，人類的研究已經(jīng)進(jìn)行了百余年了。各家車企也在加緊研制新的蓄電池，在未來幾年內(nèi)，蓄電池依然是純電動(dòng)車的絕對(duì)主力。即將上市的特斯拉model3將對(duì)電池進(jìn)行升級(jí)，其一，加大單個(gè)電池，不知道安全性是否仍能保持，不過這點(diǎn)不重要。其二，正極材料將使用硅石墨烯，這將大大增強(qiáng)正極的儲(chǔ)氫量，這是因?yàn)槭┠芪礁嗟臍洹，F(xiàn)在，石墨烯的價(jià)格依舊異常昂貴，且產(chǎn)量稀少，不知道特斯拉怎么解決這一問題。不過增強(qiáng)安全性與增加儲(chǔ)氫量是蓄電池發(fā)展的趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在，各個(gè)汽車廠商只是提供了電池解決方案，蓄電池再怎么改進(jìn)也不是黑科技，它的儲(chǔ)能極限已經(jīng)快被人類挖盡。要想增強(qiáng)電池的性能，就必須依靠新的科技。

　　在燃料電池方面，豐田走在了世界的前列，2015年采用氫燃料電池動(dòng)力的豐田Mirai就已經(jīng)上市，然后就沒有然后了。隨著氫氣制造和加氣站等問題的暴露，豐田的氫燃料電池似乎走進(jìn)了死胡同，但畢竟豐田的燃料電池技術(shù)是發(fā)展起來了。在我國(guó)，應(yīng)該發(fā)展的燃料電池是天然氣燃料電池，我們畢竟有南海的天然氣資源和直通俄羅斯的天然氣管道，但在有天然氣內(nèi)燃機(jī)的情況下，天然氣燃料電池似乎并不熱門。所以，在我國(guó)似乎沒有企業(yè)去發(fā)展燃料電池。不過，燃料電池終究還是要依靠燃料來進(jìn)行發(fā)電，在目前節(jié)能減排的大環(huán)境下市場(chǎng)有限。

　　從豐田Mirai的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，豐田依然只是提供了一個(gè)解決方案，并沒有什么黑科技。儲(chǔ)氫依然使用的儲(chǔ)氫罐，壓力大了容易爆炸，壓力小了，嘿嘿，氫氣的密度可是很低的。這就導(dǎo)致了它的最大功率只有113千瓦，必須要靠動(dòng)力電池來提供額外動(dòng)力。難怪Mirai就沒有然后了。

　　石墨烯，這個(gè)不起眼的小玩意，能給未來的能源和汽車帶來怎樣的變化呢?

　　超級(jí)電容電池。筆者認(rèn)為有必要再跟大家解釋一下它的優(yōu)點(diǎn)。

　　第一， 在目前，它的能量密度就能與化石燃料相媲美;

　　第二， 短至幾分鐘的時(shí)間就能充滿電;

　　第三， 高達(dá)數(shù)千次使用壽命;

　　第四， 絕對(duì)環(huán)保無(wú)污染;

　　第五，瞬間放電能力極好，而且不影響壽命。這些優(yōu)點(diǎn)直接讓它與其它電池拉開了巨大差距，誰(shuí)掌握了這項(xiàng)技術(shù)就將贏得未來的電動(dòng)汽車市場(chǎng)。