电动汽车时代将至:充电一分钟竟能行驶百公里?

【环球科技】

光明日报驻特拉维夫记者 王水平

今年五月,于德国柏林举办的全球初创企业展览中,一家以色列企业StoreDot亮相,展示了其创新研发的FlashBattery技术,这种技术应用于电动汽车,能实现五分钟内迅速完成充电,并且车辆行驶里程最远可达三百英里,折合四百八十公里。这一消息立刻吸引了在场观众和行业专家的高度注意,这项技术极有可能攻克电动汽车当前充电不便的难题,促进电动汽车的广泛使用。

电动汽车时代就要来了:充电一分钟行驶百公里

光明图片/视觉中国

1、电动汽车普及难题

电动乘用车依靠车用动力源提供能量,通过马达带动轮子运行,并且满足交通与安全规范的所有标准,这类车被称作电动汽车。这类车对环境的污染比传统燃油车轻微,因此受到普遍期待,不过现阶段的技术还不够完善,制约电动汽车普及的关键点在于电池,电池存在价格昂贵、占用空间大、能量储存不足、行驶距离有限、补能耗时较长等问题。

StoreDot公司坐落在被称为以色列“硅谷”的赫兹利亚,目前拥有员工75名,在以色列众多高科技企业中属于规模较大的企业。公司依托合成化学领域的研究成果,经由购置与特别设计,组建了涵盖有机合成化学场所、有机物分析设施、高速旋转物料搅拌装置、薄膜基材表面涂覆设备、电极干燥设备、自动化电池装配装置、电池充放功能检测系统以及电池内部物料属性监测系统等组成部分的微型快充电池研发制造验证体系,决心探寻最快充电电池材料的最佳配方方案。企业成立于二零一二年,如今已成为材料与设备应用创新领域的佼佼者。

在2014年微软ThinkNext的会议上,StoreDot就展示了他们的手机FlashBattery,声称可在30秒内为手机充满电,他们声称,通过运用纳米技术,合成了一种新的人造高分子材料,这种材料是生物有机多肽分子,StoreDot将其命名为纳米点这种材料制成的电池,充电速度更快,蓄电能力更强,如同高容量的海棉,能迅速蓄积并稳定保持电能。

可能当时产品模型尚不成熟,显得有些粗糙,导致部分媒体当时错误报道称StoreDot公司研发出一种新型超级充电设备,声称能在30秒内将电量耗尽的三星Galaxy S4手机完全充满。

2、新品量产看好中国

StoreDot在赫兹利亚的本部,其创始人兼行政负责人多伦·梅尔斯多夫向媒体表明,这是一种不实之词,StoreDot进行研发的对象并非充电设备,而是蓄电单元。然而针对此类能够迅速完成充电的蓄电单元,确实需要配备专门设计的充电设备,因为充电设备的能量等级和放电容量存在差异,导致充电过程所需时长也各不相同。以StoreDot研发的FlashBattery技术为例,应用于手机后,搭配50A电流充电设备,能实现五分钟内完成设备电量补充。此类充电器被称为“20倍”充电装置,因其充电效率是传统充电方法的二十倍。若期望在一分钟或三十秒内完成充电,则必须借助“100倍”级别的充电器,或更高级别的充电设备。然而,标称“100倍”充电器的输出功率为200瓦,其外形尺寸远超手机本身,难以放入随身包袋。此外,为追求快速充电,该设备必须直接接触电池,这就要求手机厂商在背板内部开孔。可以预见,多数用户可能不会接受这种对美观的牺牲。所以,StoreDot觉得眼下最可行最便捷的办法是“20倍”充电器,这种充电器体积依旧很小巧。不过,“20倍”充电器需要专用连接端口,而当前业界多数采用USB和Type-C这类通用接口,要让大众普遍认可它并确立为行业规范,或许还得耗费若干时日。

电动汽车时代就要来了:充电一分钟行驶百公里

研究人员正在高压舱内进行实验 王水平摄 光明图片

多伦提及,StoreDot的FlashBattery有不同版本,面向手机的那一代技术难题现已大体攻克。StoreDot的研发团队向媒体阐述了其技术突破的关键,他们采用纳米物质与人工合成的有机材料的组合,替换了常规电池里的碳元素,这种新配方让锂离子能迅速穿过人工有机材料到达电极,实现快速充电,同时纳米物质又能防止人工有机材料在充能时发生体积变化或降解,因此也根除了传统电池高速充电时可能引发的危险。这种复合型纳米颗粒是通过将含有硅在内的多种基础物质制成微纳米尺寸颗粒,再依比例掺和制得的,而有机成分则是在企业有机化学研究场所依照需求合成获取的。一块FlashBattery的基本构造包含五十片正极和五十片负极,它们交替堆叠在一起,并且层与层之间填充了电解质,正极和负极分别是在铝制和铜制的薄片单面上覆盖了纳米物质和有机物质的混合层,这层覆盖物的厚度仅有七微米,正极和负极薄片的面积大小只有名片尺寸的三分之二,组装完成的电池,其体积与当前市面上销售的手机电池相仿。

多伦透露,初代FlashBattery即将开始批量制造,目前存在的不是技术瓶颈,而是产能不足的问题。即便遍寻整个欧洲,也找不到任何工厂能够实现每天生产一百万块电池的庞大生产规模。他表达了对中国的极大信心,认为中国拥有丰富的原材料保障、强大的大规模制造能力,以及巨大的手机市场需要。

3、快速充电才是关键

依据全球移动资讯公司Newzoo所披露的全球移动行业年度分析,全球性层面,二零一六年智能手机的使用者总计达二十三亿人,到了二零一七年,这个数字预计会攀升至二十六亿人。展望二零二零年,这个数字将增至三十六亿人,几乎接近全球总人口的半数。在中国,使用者数量最为突出,二零一七年通过智能手机的消费者达到了七点一七亿人。多伦表示,StoreDot已在中国深圳寻得合作方,目前双方正进行协商,同时选点筹备新厂区,有望今年内敲定合作,明年即可启动大规模生产。

电动汽车时代就要来了:充电一分钟行驶百公里

StoreDot公司研发的“闪充电池”王水平摄 光明图片

当前常规动力资源日渐匮乏且生态挑战日益严峻,电驱动汽车已转变成多个国家关键的能源规划,开始于世界各地广泛普及,不过动力电池始终是制约电驱动汽车进步的核心难题。行驶距离有限、补能耗时较多,令众多使用者却步不前。

根据福布斯的数据,当前的技术条件下,电动汽车的电池完全充满后行驶距离大约为265英里,折合约为420公里,而普通充电设备需要数小时才能完成充电过程,即便是特斯拉的超级充电站,也需要超过75分钟的时间才能将电池完全充满,相比之下,传统燃油汽车只需几分钟加注燃料,却能够行驶超过500公里的路程。这种状况也在一定程度上限制了电动汽车的进步和普及,因为消费者在挑选电动汽车时往往存有疑虑。2015年,美国汽车总销量达到1650万辆,而电动车的销量仅为11.8万辆。

众多科研人员致力于提升车辆行驶距离,StoreDot公司却把精力放在了加速充电技术上。多伦强调,迅速为电动汽车补充电量才是推动其广泛应用的核心要素。他认为,假设司机面临两种选择,一种是行驶400英里却需要两小时才能重新充满电,另一种是五分钟充电即可行驶200英里,那么绝大多数人都会倾向后者。

4、新型电池引领时代

StoreDot的二代闪存电池专为电动汽车设计,具备快速充电功能,与前代产品在运作方式与构造上大体一致,从技术角度分析,为单块电池供电与同步为十块电池供电,其充电效率并无显著差异。换言之,倘若给一块手机电池充电耗时五分钟,那么为电动汽车电池组充电也需五分钟,毕竟电动汽车的电池组由七千块手机电池拼接而成。

多伦深信不疑,FlashBattery技术会对全球电动车市场产生颠覆性的作用。该技术能够处理电池体积的难题,普通汽车电池为了实现更长的行驶距离,因而显得格外庞大且分量十足。其次,仅需五分钟就能行驶四百八十公里,平均每分钟接近一百公里,这能显著缩短司机排队充电的等待时间,大幅提升充电效率,进而可以减少充电桩的数量,从而大幅度降低电动汽车的总体费用。

不过,第二代FlashBattery目前存在两个主要挑战:首先是费用问题。采用第一代FlashBattery的手机,每部设备的生产费用可能要高出20到30美元,这对个人用户来说影响不大,他们很可能会接受这个价格,并且愿意为此支付,但对于电动汽车行业而言,这就不一样了。单个电池即便价格高出1美元,全部7000个电池就会增加7000美元的总成本,从而显著推高整车售价。所以必须寻找更廉价的电池原料,其成本需要与传统锂电池持平才行。此外电动车的电池需要具备高能量存储能力,因此体积也随之增大,进而对散热性能和安全性等方面提出了更严格的标准。

多伦透露,StoreDot的二代FlashBattery技术目前仍处于发展阶段,尚未完全定型。科研人员正对现有材料进行多种组合尝试,反复进行实验,力求确定最优的配比方案。部分组合在测试中效果尚可,但稳定性有待提高,据推测至少要再过一年,才能研发出性能稳定的汽车用电池。

另外,等到新一代用于电动汽车的FlashBattery研发完成,城市的众多基础建设就必须进行改造和更新,才能适应车辆电池的快速充电要求,这涉及到增设全新的充电装置、更换输电线路、改进连接端口以及增强电力供应等多个方面。多伦以实例说明,尼桑的“聆风”或雪弗兰的“Volt”这两种微型电动汽车,需要由3500块初代FlashBattery构成电池系统。这个电池系统若要在5分钟内完成快速充电,就必须配备功率达350千瓦的充电装置。相比之下,特斯拉公司为旗舰电动汽车设置的“超级充电站”,其功率仅有120千瓦,两者之间的差距接近三倍。

多伦表示,StoreDot公司的核心业务是为电动汽车研发迅速补充电力的电池,而相关的充电设施以及电力供应等环节,则交由其他企业负责。他认为电车江湖,这些技术方面的难题并非不可克服,假如政府能够拿出坚定的决心,它们很快就能获得突破。他坚信,电动汽车普及的时代,用不了多久就会正式来临。

《光明日报》( 2017年07月05日 14版)

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