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发力电动汽车:比亚迪特斯拉等待电池革命时机

2014-04-24 00:01
路过的码农
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  电动车的坎坷之路

  1881年法国工程师古斯塔夫·特鲁夫发明了世界第一辆电动汽车,这是一辆用铅酸电池驱动的三轮车。19世纪末期到1920年,在汽车消费市场电动车比内燃机车有着更多的优势:无气味、无震荡、无噪音、不用换档、价格低廉。在美国,安东尼电气、贝克、底特律电气、爱迪生、Studebaker和其它公司相继推出电动汽车,电动车的销量全面超越汽油动力汽车。与此同时,与电动车相关的配套设施也应运而生,现代电动汽车所需要的那些配套设施在90多年前就已经出现了。此后,由于电池技术进展缓慢而内燃机技术飞速发展,电动车一度黯然退出舞台。

  20世纪70年代,石油危机爆发和环保呼声日高,电动汽车迎来第二次机遇期。发达国家纷纷投入巨资进行电动汽车商业化发开和应用,新开发出的镍氢电池替代铅酸电池,但是成本高、续航里程短的短板仍然没有根本性突破。

  2003年,电动车出现一次全球性大退潮。电动车生产大户通用和丰田正式宣布放弃电动车生产,在推行电动车最卖力的美国加州,当地报纸评论,电动车是一种商业上的失败,因为它始终没有改变造价高、充电后行驶距离短的基本事实。随着锂电池的开发,纯电动车的研发近年来在国际上再一次成为热门。

  100多年来,电动车的命运起伏跌宕,困扰它发展的问题,始终围绕着一个核心零部件——电池。能量密度低、造价成本高是目前无法突破的两大技术难题。

  由于锂电池具有能量密度高、自放电率极低等优点,今天的电动车大多采用锂电池技术,但作得好的基本上也是背2公斤电池,跑1公里路。比亚迪e6整车重量达2295千克,超过了绝大多数体积相当的汽油汽车,其中锂电池的重量就有600千克,而续航里程却只有汽油汽车的一半。日产公司生产的纯电动汽车聆风,携带300公斤的锂电池组,官方宣传的续航里程仅为160公里。

  由于电动车的充电时间长,充电设施有限,即使纯电动车的续航里程达到传统内燃机驱动汽车的水平也依然会出现充电排队的问题。据专家估计,要想实现电动车的商业化,电池能量密度必须要达到250wh/kg才有可能,而聆风搭载的锂电池能量密度只有86wh/kg。

  制约电动车发展的另一个因素是锂电池的造价成本太高。据调查,目前锂电池的成本价格约为500美元/千瓦时。比亚迪e6的市场售价高达36万元,而锂电池的成本就占去其售价的一半。如此高的“天价”令普通消费望而却步。

  要实现上述的技术跨越,必须要有新的材料问世来支撑电池的技术革命。任何技术的发展都是循序渐进的,急功近利和投机取巧的行为必将受到市场无情的惩罚。

  “弯道超车”事倍功半

  中国人对电动车的开发一直情有独钟。早在80年代,科技部门就曾确定把电动车作为新能源主攻方向。此举最初基于如下考虑:中国传统汽车技术比欧美晚了几十年;而电动车技术全世界都还没有彻底突破,中国与欧美站在“同一起跑线”上,完全可能后来居上。这就是今天盛行的中国电动车“弯道超车”论的基础。

  2009年中国政府颁布的《汽车产业振兴规划》中提出,到2011年,中国以电动车、混合动力车、氢燃料电池车为主的新能源车将达到50万辆,新能源车将占到乘用车销售总量的5%。不能不说是一个非常大胆的“跨越式”计划。

  电动车在“弯道超车”的鼓噪下,与新能源沾边的项目疯狂上马,各种放卫星式的口号不绝于耳。汽车厂造电池,电池厂造汽车,“村村点火,户户冒烟”,甚至和奥运会、世博会一样成为国家精神的载体。大的汽车集团,如果不拿出几款电动车样车,就要面临巨大的政治压力。

  殊不知,纯电动车入门容易,成功难,绝大多数企业无功而返。如同1958年大跃进时的“全民大炼钢铁”,资源投入无数,收获的大多是毫无用处的废钢渣。

  由于多数国产电动车生产厂家重忽悠,轻研发,东拼西凑弄出几辆样车,也是为了忽悠政府骗补贴。当一切尘埃落定。真正卖到老百姓手里的电动车加起来不过几百辆。与《汽车产业振兴规划》中2011年底产销50万辆电动车的目标相去甚远。

  经过几年的折腾,电池研发仍然没有突破性进展。纯电动车不要说远远达不到大规模商业化的阶段,连单纯的研发测试流程都没有形成。不但没有实现“弯道超车”,与跨国公司的研发差距反而拉大了。

  电动车商业化,要等待第四次工业革命的到来

  笔者始终认为:任何产业的发展和进化都不能脱离它所处的科技时代和工业发展的大背景。

  早期的汽车非常简陋,既没有豪华的内饰,也没有时尚的外观,更没有各种现代化的电子设备。然而随着化工、能源、钢铁、塑料、电子信息等各个学科的不断进步,诞生了轮胎、无铅汽油、油漆、ABS等划时代的创新产品。在这些发明创新的基础之上,才有了今天豪华,舒适,安全的汽车。

 

  已经发生的三次工业革命都是以能源的更新换代为标志,因此高储能容量的电池应该会是下一次工业革命的成果之一。笔者想目前人类在电动车商业化遇到的难题一定会在这次工业革命中得到解决。

  日本的蓄电立国

  2012年9月,在位于茨城县东海村的日本高能加速器研究机构(High Energy Accelerator Research Organization)大强度阳子加速器设施“J-PARC”中,蓄电池专用分析设施“中子Beam Line SPICA”建成完工。这是世界上唯一一台通过将加速器产生的高强度中子束照射在处于实际工作状态的蓄电池上,能够实时观察构成材料的原子排列变化等的设备。

  同年4月,在位于兵库县佐用町的日本理化学研究所(RIKEN Japan)的大型同步辐射设施“Spring-8”里,采用了强力X线、同样是世界唯一的蓄电池专用分析设施开始了运转。中子束适用于对氢、锂、镁等“轻原子”的分析。而X线擅长的领域是锰及镍等“重原子”。也就是说,如果将两者合在一起,便可掌握构成蓄电池的所有原子的活动。

  这个项目被命名为“革新型蓄电池尖端科学基础研究事业(RISING事业)”,由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)主持,研究团队中包括京都大学等14家大学及研究机构、以丰田为代表的5家汽车企业、以及松下和日立制作所等共12家企业。NEDO蓄电技术开发室主任细井敬称,该项目力争实现“举国一致强化‘蓄电立国的日本’

  NEDO项目提出的目标是:以2020年前后为限,使能量密度增加到250Wh/kg,将平均每千瓦时的成本降低到约300美元。也就是说,用大约10年时间将能量密度提高到一倍以上,成本则降至二分之一左右。

  路在何方

  随着科技进步,科学知识以惊人的速度积累。每一次科技进步牵涉到的知识面越来越广,涉及到的知识系统越来越深,因此需要投入的人力,物力也越来越大。

  第一次工业革命以蒸汽动力为主要标志,技术发明主要源于工人和技术的实践经验;第二次工业革命以电力、内燃机以及新通讯方式的发明和应用为标志,技术发明主体由原来的技术工人转变为实力雄厚的公司;而第三次工业革命则以核能、计算机、通信工程的发明和应用为标志,这些创新工程的实现以单个公司的力量已经不能完成,美国实施的曼哈顿技术动员了10多万人,历时3年耗资25亿美元。同时,现代化的实验室和高科技的实验设备也取代了原来的手工作坊式的发明小屋。

  高能量密度电池材料开发的难度和复杂程度绝不亚于第三次工业革命。仅凭某个公司的一家之力绝对无法完成如此复杂的工程。国内的大型汽车公司应尽快结束目前单打独斗和“土法炼钢“的行为。国家层面上,应当由政府出面立项,组织大型车企、大学、研究机构以及相关的零部件公司举全国之力共同攻克这一技术难关,只有这样才能实现“弯道超车”和汽车强国之梦。

  (本文综合四川在线、21世纪网、同庆堂等报道。)

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