鉅大LARGE | 點擊量:1216次 | 2019年12月25日
電動汽車為什么還沒有普及?電池面臨的問題有哪些?
如果想讓電池再次改變我們的生活,有三個問題需要解決:功率(power)、能量(energy)和安全(safety)。
電動飛機可能會成為特種的未來。從理論講,電動飛機相比傳統飛機更安靜、更便宜、更環保。如果充電一次電動飛機能夠飛1000公里,它就可以完成今天近一半的商務飛行任務,讓全球特種碳排放削減15%。
電動汽車也一樣。事實上,電動汽車不只環保,而且它還是更棒的汽車。電機幾乎沒有什么噪音,能夠快速響應司機的命令。給汽車充電的成本比燒油便宜得多。電動汽車只有很少的活動部件,維護成本更低。
為什么電動汽車還沒有普及呢?因為電池太昂貴,購買電動汽車的前期投入比相似的汽油汽車更大。除非你老是開著汽車,否則省下的汽油錢還不夠彌補前期支付成本的。簡單來說,電動汽車仍然不夠經濟。
在我們使用的電池中,最常見的化學物質是鋰離子。大多專家認為,在未來10年甚至更長的時間內,沒有其它化學物質可以擊敗鋰最子。鋰離子電池有兩個電極(陰極和陽極),還有一個分離器(一種傳導離子而非電子的材料,可以防止短路),分離器放在中央,還有電解液(通常是液體),它讓鋰離子在兩極之間來回流動。當電池充電時,離子從陰極流向陽極,當電池放電時,離子向相反的方向移動。
我們不妨將它想象成兩塊面包,左邊一塊是陰極,右邊一塊是陽極。我們不妨假定陰極是由鎳、錳、鈷片(NMC)組成的,陽極是由石墨組成的,它相當于讓碳原子一層一層疊加。
在放電狀態下,NMC面包在夾層之間會有鋰離子夾心。電池充電時,鋰離子從夾層中提取,被迫穿過液體電解質。分離器確保只有鋰離子能穿過石墨層。當電池完全充滿電,陰極不會有再有任何鋰離子,它們全都整齊排列在石墨塊之間。當電池釋放電能時,鋰離子向陰極回流,直到陽極沒有任何鋰離子。此時我們就要再次給電池充電了。
從本質上講,電池的功率是由處理速度的快慢決定的。要想加快速度沒有那么簡單。將鋰離子從陰極中抽取,如果速度太快,層會受損。正因如此,手機、筆記本、電動汽車使用時間越長,電池壽命也全變短。每一次充電放電,都會讓面包塊變得脆弱。