從鋁和鋅空氣電池到超級充電站,電動車帶動了哪些電池技術發展?

2020-11-30 EDN電子設計技術

為了在主導電動車(EV)市場的競賽中脫穎而出，電池技術以及先進的充電基礎設施就和考慮價格、軟體升級以及汽車外型一樣重要。這就是為什麼中國企業紛紛砸大錢投資電池技術，期望迎頭趕上甚至超越特斯拉(Tesla)目前領先業界的電池技術與製造能力。LqTednc

幾乎所有的電池製造重心都在於鋰離子技術，但可望改寫電池產業格局的其他新技術也陸續出現，最終將有助於延長電動車的續航裡程。例如，讓電動車的行駛裡程增加到相當於加滿一油箱的續航力，將成為加速電力傳動系統超過內燃引擎的轉折點。LqTednc

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特斯拉正穩步使其電池組成本達到每千瓦時(kw/hr)約100美元的目標嗎？LqTednc

鋁和鋅空氣電池

隨著新興電池技術出現，新的無線方案也經證實能夠讓電動車電池的充電速度如同為汽車加滿油箱一樣快速。LqTednc

由於鋰離子電池技術可能即將達到其摩爾定律(Moore’s Law)的上限，研究人員只得另闢蹊徑，追求剛進入市場不久的鋁和鋅空氣電池等技術。這些新技術得以崛起的關鍵在於能夠提高充電性能，同時展現可將能量儲存成本降低到每千瓦時(kw/hr)約100美元基準的能力。LqTednc

據估計，鋅空氣電池最早可在2019年進入電動車市場，最終還可能變得比鋰離子電池更便宜、更輕薄且更安全。諸如EnZinc和NantEnergy等電池新創公司正積極推廣鋅電池技術，由於其潛在能量密度和充電能力接近鋰離子池，可望成為比鋰離子電池更便宜、更安全的替代技術。LqTednc

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NantEnergy推出的首款鋅空氣可充電電池經已經驗證可在全球部署，並為20萬人提供單一電源。同時，該公司聲稱新的可充電電池已經突破了100美元/kWh時的製造成本障礙了。（來源：NantEnergy）LqTednc

EnZinc表示，三維(3D)的「鋅基電池將以更低成本提供所需的電力和續航力，而且它們的重量更輕、續航力更長、更安全且可回收。」LqTednc

金屬-空氣電池的缺點之一是易於腐蝕。這意味著像鋁空氣電池等具有發展前景的新技術可能很快地就失去了儲存的電荷。研究人員最近在《科學》(Science)期刊上發表了一種抗腐蝕的方法——使用油作為減少腐蝕的緩衝劑。這種方法也適用於鋅空氣電池，使其延長保存期限。LqTednc

支持陣營認為，如果這些研究結果進展順利，很快地，輕量、精巧的鋅空氣和鋁空氣電池就可以作為電動車的備用電源。LqTednc

同時，特斯拉持續在其位於美國內華達州的「超級電池工廠」(Gigafactory)加速生產鋰離子電池，並在中國打造新的電池工廠——特斯拉和電池合作夥伴松下公司(Panasonic)佔全球電動車電池產量的60%。包括像時代新能源科技(Contemporary Amperex Technology；CATL)等中國競爭對手也正斥資數十億美元，致力於成為中國的松下。其成功的關鍵之一在於利用中國國內對於電動車成長的需求。LqTednc

超級充電站基礎設施

特斯拉、保時捷(Porsche)以及其他電動車競爭對手則大量投資於超級充電站(supercharging)基礎設施，目標在於讓電動車電池充電的速度就和為汽車加滿油箱一樣快。其他方法也正陸續出現中，最終將能夠讓電動車能夠邊行駛邊充電。LqTednc

例如，美國能源部的橡樹嶺國家實驗室(U.S. Energy Department’s Oak Ridge National Laboratory；ORNL)於10月宣布，研究人員開發出一種專用於電動車的120kW無線充電系統。橡樹嶺國家實驗室的工程師聲稱這種無線充電系統的電力較2016年開發的無線充電系統更高6倍，展現了該實驗室所聲稱的「在縮短充電時間方面邁出了一大步，並媲美汽車在加油站加油的速度和便利性。LqTednc

Oak Ridge的上一代20kW無線充電系統，目前正針對送貨卡車等應用進行改進。這項研究由美國能源部(DoE)的車輛技術辦公室(VTO)贊助，並在Oak Ridge實驗室的國家交通研究中心進行研究。LqTednc

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美國橡樹嶺國家實驗室在2016年開發的20kW無線充電系統，效率可達90%。（來源：Oak Ridge National Laboratory）LqTednc

研究人員的下一步是將功率傳輸能力擴展到350kW，同時探索「動態無線充電方案」，即透過安裝在道路下方的無線充電墊，自動為電動車輛充電。LqTednc

Oak Ridge實驗室電力電子和電氣機械部門項目負責人Veda Galigekere說：「我們的目標是在高速公路上實現動態充電。」LqTednc

無線充電架構是從電網獲取能量，並將其轉換為高頻交流電(AC)。所產生的磁場可用於在大氣隙上傳輸功率。研究人員表示，經過傳輸後它將再轉換回直流電(DC)並儲存在車輛電池中。LqTednc

Oak Ridge電力電子系統研究部門的Omer Onar補充道：「無線充電是交通運輸電氣化的關鍵推動技術，因為它安全、方便，而且效率高。」。LqTednc

(參考原文：The Race for a Better EV Battery，編譯：Susan Hong，EET Taiwan)LqTednc

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    其原因在於：如果這種電池能過研發成功，將大幅度提高車載電池的性能，使電動車的續航能力達到或超過現有汽油、柴油發動機車的水準。如果空氣電池的研究能夠取得突破，在與內燃機動力車以及燃料電池車的續航歷程競爭中，目前處於劣勢的電動車將會脫穎而出。而空氣電池將會取代目前主流的鋰離子電池，一舉登上霸主地位。本文將對目前車載蓄電池的問題，以及空氣電池的發展作一概述。
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    鋁空氣電池介紹 　　鋁空氣電池的化學反應與鋅空氣電池類似，鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、氧為正極，以氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液為電解質。 　　鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。