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电动车,现在就行!

来源:第一财经周刊 作者:辛江
2010年11月15日15:02

  能让奥迪A2电动车一次充电就能跑605公里的是一款叫做Kolibri的电池,直译为蜂鸟的它会改变电动车前进的速度吗?

   毫无疑问,电池是目前电动汽车上最薄弱的一环。人们期盼更好的电池:它应该有更长的巡航距离、更轻、体积更小、充电够快,以及足够便宜。可惜,传统的技术并不能让人满意。铅酸电池显然太过笨重,而现在广泛使用的各种锂离子电池只能维持两百公里左右的行驶距离,充电时间却往往需要几个小时。不过,这种情况将不会持续很长时间了。10月,一辆奥迪A2从德国慕尼黑出发,7个小时之后到了柏林,全程605公里。这像是一次普通的旅行,只有一件事有点不同寻常—这是一辆全电动汽车,而在这段行程中,它没有充过电。

  这辆汽车上安装了300公斤的新型电池,在跑完了605公里之后还剩18%的电量,足以再跑150公里。单从数字上看,这辆车单次充电行驶的里程还达不到今年5月份在日本实现的1000公里纪录;但是这次使用的奥迪A2车基本上包含了普通汽车的所有功能,而且行驶速度平均达到每小时90公里,远远超过日本试验的相应数字。这也就意味着,这种新型电池基本上可以符合人们日常驾驶的需要,足以和化石燃料汽车一决高下了。“这是一个巨大的成功。”来自德国联邦经济与技术部的Andreas说,“我们正处在激烈的全球竞争中,而这样的新技术将会让我们成为技术领导者。”

  这种电池的商品名叫做“Kolibri”,是锂金属聚合物电池大家庭中的一员。它的能量转换率能够达到97%的惊人程度,而一次充电只需要20分钟。这些指标相当引人注目,也许会让锂电池掀起一场新的浪潮。

  在今天,当我们谈到“锂电池”这个名词的时候,大部分情况下指的是锂离子电池。这种技术从1970年代开始应用至今,但是锂金属电池的研发还要更早一些。锂金属电池直接使用锂金属或者锂金属的氧化物作为电极,利用它活跃的化学性质和重量极轻的特征,制造出能量密度更高的电池。然而,锂金属电池却有一个致命的弱点。

  通常来说,我们使用的可充电电池,都可以简单地分成正极、电解质、隔膜和负极四个部分,其中隔膜负责隔开正极和负极来防止短路,同时提供离子输电通道,让外部电路产生电流。在过去的锂金属电池中使用的电解质大多数是液态或者胶体聚合物,而正极在长期使用中,表面会生长出树枝状的结晶,往往会刺穿隔膜,造成短路。

  这种弱点,让锂金属电池从来没有大规模使用过,直到2002年加拿大的Avestor公司开发出了真正可以应用的锂金属聚合物电池为止。顾名思义,锂金属聚合物电池是指使用了高分子聚合物材料的锂金属电池。Avestor公司开发的电池每一块都是只有数百微米的薄片,由四层叠加在一起构成:最上面一层是做为正极的锂金属,第二层是以高分子聚合物制造的固体电解质,第三层是含有二氧化钒的复合材料负极,最底下一层是起到保护作用的铝箔。将这些薄片状的电池并联或者串联起来,就可以获得更高的电流和电压。

  和传统锂离子电池不同的是,这种电池完全是固体。固态的电解质能够让离子通过,但是会阻挡电子,当放电时电子会经由电路流过形成电流,而离子会向正极移动;在充电时则刚好相反。这种电池能量密度更高,放电曲线更加平稳;能够做成任意形状,可以薄到一张信用卡的程度,可以弯曲成90度而不会泄露任何液体或者气体。

  现在Avestor公司的锂金属聚合物电池已经应用于通信产业,但是在电动汽车上还没有类似的尝试。法国的BatcScap公司也开发出了同样原理的电池,并且将努力的方向转向更优化的材料以及更高的可靠性方面。现在看来,这种“Kolibri”锂金属聚合物电池已经达到了电动汽车使用的标准。

  开发出这种新电池的DBM能源公司位于柏林,创立于2005年,一直专注于锂金属聚合物电池的研究。它的CEO Mirko是一位物理系的大学辍学生,今年也才只有27岁。他们开发出了新的材料,使用锂金属的氧化物做为正极,石墨作为负极,将单片电池的厚度缩减到与一根头发直径相仿的程度,也有效地提高了能量密度。 Kolibri电池里的单层组件呈片状,电池的一极是石墨,另一极是锂金属氧化物,中间是电解质。Kolibri电池高性能的基础是复杂的膜技术,使电池具有了高度稳定性和高效率。这种电池的层状结构摒弃了液体电解质,降低了高电流输出时产生的热量,效率因此提高到了97%。而且这种电池所含电力可全部用光,不会对电池产生损害。由于电池内部不含重金属、有毒气体、液体或酸,所以不会对环境产生污染。另外,Kolibri电池充电时间特别短。更让人期待的是,据称这种电池的使用寿命可达50万公里。

  在德语中,Kolibri是蜂鸟的意思。DBM认为蜂鸟是世界上最奇妙的造物—这种体长只有数厘米的小鸟每秒钟能飞过近400个体长的距离,每秒钟扑翼多达80次,加速时能够达到10G的加速度。可以相信,DBM能源公司希望自己的新产品能够像蜂鸟一样体积小、重量轻,而且能量强大。

  现在已经有一家物流公司把蜂鸟电池用在他们的叉车上,每次充电可以让叉车连续运行28个小时。虽然目前还不确定是否有汽车生产企业打算采用这种电池,但是只要成本降到足够低的程度,总会产生新的机会。

  DBM目前并没有公布电池的成本,但是他们认为,当开始大量生产时,成本将不会比传统的锂离子电池更高。而在被问到何时可以开始大量生产时,Mirko的回答很令人振奋:“乐观地说,现在就行。”

(责任编辑:思涵)
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