宁德时代推出的新型电池能终结电动车续航里程瓶颈吗？（组图）

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在最近的上海车展上，这个世界上最大的电池制造商宣布推出一种电池，这种电池声称可以为电动飞机提供动力，或推动电动车（EV）在一次充电后行驶1000公里以上。

宁德时代（CATL）制造了全球三分之一的电动车电池，该公司几乎没有分享关于这项技术的细节，但表示它将在今年晚些时候开始大规模生产。

这是该行业一系列重大声明中的最新一项，随着全球向电气化的转变，该行业正在蓬勃发展。

电池设计被比喻为一场淘金热，因为研究人员突破了材料化学的界限，开发出更轻、更持久、更安全、更便宜的电池，而且充电速度更快。

更好的电池意味着更实惠的汽车，更便宜的家庭用电，以及不用排放数吨二氧化碳的海外旅行方式。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）一名首席研究科学家亚当·贝斯特（Adam Best）说：“如果你考虑到我们的电气化生活，如果你把电池拿走，这些都是不可能的。”

因此，以下是电池技术在过去十年中是如何改进的，以及它在未来的发展方向。

电动车每次充电可行驶1000公里？

自从大约50年前被开发以来，这些电池每公斤所储存的能量，即它们的比能，已经逐步得到改善。

从20世纪90年代的消费电子产品，到2006年的电动车，再到2012年的大规模电网存储，它们的应用都得到了拓展。

随着应用的数量增加，锂离子电池的类型也在增加。一种可能被设计成更便宜，另一种被设计成能容纳更多的能量，而第三种则被设计成能更快地充电。

虽然我们经常笼统地谈论电动车电池，但不同的型号和品牌使用不同的类型，相当于V8性能发动机和经济型四缸发动机之间的区别。

例如，标准范围的电动车使用锂铁磷酸盐（LFP）化学的锂离子电池，而长距离的车辆往往使用镍钴铝或镍钴锰。

衡量一个电池拥有多少能量的主要标准是其比能，以每公斤瓦特小时为单位。

大多数电动车电池的比能低于300瓦时/公斤。

宁德时代说其新电池的比能几乎是这个数字的两倍， 达到500瓦时/公斤。

遗憾的是，该公司没有公布许多其他细节，包括这种电池的成本、它可以充电多少次以及它可以产生多少能量（储存的能量可以多快被使用）。

宁德时代表示，新设计将在今年晚些时候投入批量生产，并用于民用航空和公路运输。

如果这一电池像它所宣称的那样好，它将意味着电动车可以通过一次充电从悉尼开到墨尔本。

或者，由于大多数人不需要这样的行驶范围，这将意味着电池组的体积将更小，电动车价格将更便宜。

如何制造更好的电池

更好的电池设计有两个因素组成：化学因素和工程因素。

化学因素涉及调整电池的组成部分，而工程因素则是关于电池本身的形状和结构。

电池以化学势的形式储存能量。贝斯特博士说，随着它们储存的能量增加，保持它们稳定的挑战也随之而来。

“你在争取拥有一个电化学稳定、热稳定和化学稳定的东西。必须能够在不同的温度范围内传导离子。”

通常情况下，通过调整阴极、阳极或电解质的材料来进行改进，以减轻重量，提高导电性，或降低成本。

然而，改进一项指标往往要以牺牲另一项指标为代价。

例如，电池制造商开发出一种不使用锂的钠离子电池，因此其价格只有原来的一半。

但它的能量密度较低，大约为200瓦时/公斤。

对于其最新的电池，宁德时代似乎已经开发出一种高导电性的电解质凝胶，从而减轻了重量。

在一份声明中，它说该电池使用“凝聚物”作为电解质，以提高电池的导电性能，并使用“创新性”的阳极材料。

“宁德时代的凝聚态电池利用高导电性的仿生凝聚态电解质来构建一个微米级的自适应网状结构，可以调整链之间的相互作用力，从而提高电池的导电性能。”

飞行需要什么电池？

目前装备有电力系统的小型飞机在250-270瓦时/公斤的比能下运行。

专家说，为了使电动航空真正起飞，这一数字将需要达到约400-500瓦时/公斤。

但新南威尔士大学工程系教授约翰·弗莱彻（John Fletcher）认为，高比能并不是对电动航空电池的唯一要求。

他说：“你需要一个能够为起飞提供动力的电池。”

“你需要的起飞动力和巡航动力的比例大约是3比1。”

也就是说，一个航空电池需要提供大约三倍于使飞机在空中巡航的动力才能使飞机起飞。

由于宁德时代还没有给出关于其新电池的更多细节，我们不知道它的功率输出。

它说它正与几家未透露名字的公司合作，使用新的凝聚态电池来开发电动客机。

电池发展下一步往哪里？

最有前途的新兴技术之一是固态电池，它使用固体电解质材料，而不是传统锂离子电池中使用的液体或凝胶。

固体电解质极大地提高了电池的能量密度和安全性，因为它避免了液体电解质中使用的易燃溶剂。

联邦科学工业与研究组织的贝斯特博士说：“固态电池将在替代那些可能......导致气体和起火的液态电池方面发挥作用。”

去年年底，美国国家航空航天局（NASA）宣布开发出了一种能量密度为500瓦时/公斤的固态电池。

同时，中国长城汽车旗下的蜂巢能源（SVOLT），创造出能量密度为350-400瓦时/公斤的固态硫化物电池组。

此外，使用空气中的氧气作为阴极的电池也令很多人倍感振奋，此举使能量密度升至现有锂离子电池的四倍。

今年二月，伊利诺伊理工学院和美国能源部阿贡国家实验室的研究人员宣布，他们开发出了能量密度高达1200瓦时/公斤的锂空气电池。

贝斯特博士说，这些电池离商业化还有很长的路要走。

“锂空气电池的机会是巨大的，但氧气与锂反应的化学成分真的很难控制。”

“如果这能成功，这个装置将是一个巨大的突破。”

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