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電動汽車發力待革命時機

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年08月16日  

4月20日,第十三屆北京國際車展在北京中國國際展覽中心正式拉開帷幕。在本次車展上最讓人矚目的除了各路云集的美女車模和花樣百出的“波波秀”之外,就屬陣容強大的電動車展臺。隨著特斯拉掀起的一股電動車熱潮,人們相信在不久的將來,電動汽車就可以取代傳統內燃機驅動的汽車進入尋常百姓家庭。因此,觀眾都想對這個未來汽車市場的“寵兒”先睹為快。

電動車是新能源汽車的發展趨勢,但是電動車的大規模普及時代還遠未到來。

電動車的坎坷之路

1881年法國工程師古斯塔夫·特魯夫發明了世界第一輛電動汽車,這是一輛用鉛酸電池驅動的三輪車。19世紀末期到1920年,在汽車消費市場電動車比內燃機車有著更多的優勢:無氣味、無震蕩、無噪音、不用換檔、價格低廉。在美國,安東尼電氣、貝克、底特律電氣、愛迪生、Studebaker和其它公司相繼推出電動汽車,電動車的銷量全面超越汽油動力汽車。與此同時,與電動車相關的配套設施也應運而生,現代電動汽車所需要的那些配套設施在90多年前就已經出現了。此后,由于電池技術進展緩慢而內燃機技術飛速發展,電動車一度黯然退出舞臺。

20世紀70年代,石油危機爆發和環保呼聲日高,電動汽車迎來第二次機遇期。發達國家紛紛投入巨資進行電動汽車商業化發開和應用,新開發出的鎳氫電池替代鉛酸電池,但是成本高、續航里程短的短板仍然沒有根本性突破。

2003年,電動車出現一次全球性大退潮。電動車生產大戶通用和豐田正式宣布放棄電動車生產,在推行電動車最賣力的美國加州,當地報紙評論,電動車是一種商業上的失敗,因為它始終沒有改變造價高、充電后行駛距離短的基本事實。隨著鋰電池的開發,純電動車的研發近年來在國際上再一次成為熱門。

100多年來,電動車的命運起伏跌宕,困擾它發展的問題,始終圍繞著一個核心零部件——電池。能量密度低、造價成本高是目前無法突破的兩大技術難題。

由于鋰電池具有能量密度高、自放電率極低等優點,今天的電動車大多采用鋰電池技術,但作得好的基本上也是背2公斤電池,跑1公里路。比亞迪e6整車重量達2295千克,超過了絕大多數體積相當的汽油汽車,其中鋰電池的重量就有600千克,而續航里程卻只有汽油汽車的一半。日產公司生產的純電動汽車聆風,攜帶300公斤的鋰電池組,官方宣傳的續航里程僅為160公里。

由于電動車的充電時間長,充電設施有限,即使純電動車的續航里程達到傳統內燃機驅動汽車的水平也依然會出現充電排隊的問題。據專家估計,要想實現電動車的商業化,電池能量密度必須要達到250wh/kg才有可能,而聆風搭載的鋰電池能量密度只有86wh/kg。

制約電動車發展的另一個因素是鋰電池的造價成本太高。據調查,目前鋰電池的成本價格約為500美元/千瓦時。比亞迪e6的市場售價高達36萬元,而鋰電池的成本就占去其售價的一半。如此高的“天價”令普通消費望而卻步。

要實現上述的技術跨越,必須要有新的材料問世來支撐電池的技術革命。任何技術的發展都是循序漸進的,急功近利和投機取巧的行為必將受到市場無情的懲罰。

“彎道超車”事倍功半

中國人對電動車的開發一直情有獨鐘。早在80年代,科技部門就曾確定把電動車作為新能源主攻方向。此舉最初基于如下考慮:中國傳統汽車技術比歐美晚了幾十年;而電動車技術全世界都還沒有徹底突破,中國與歐美站在“同一起跑線”上,完全可能后來居上。這就是今天盛行的中國電動車“彎道超車”論的基礎。

2009年中國政府頒布的《汽車產業振興規劃》中提出,到2011年,中國以電動車、混合動力車、氫燃料電池車為主的新能源車將達到50萬輛,新能源車將占到乘用車銷售總量的5%。不能不說是一個非常大膽的“跨越式”計劃。

電動車在“彎道超車”的鼓噪下,與新能源沾邊的項目瘋狂上馬,各種放衛星式的口號不絕于耳。汽車廠造電池,電池廠造汽車,“村村點火,戶戶冒煙”,甚至和奧運會、世博會一樣成為國家精神的載體。大的汽車集團,如果不拿出幾款電動車樣車,就要面臨巨大的政治壓力。

殊不知,純電動車入門容易,成功難,絕大多數企業無功而返。如同1958年大躍進時的“全民大煉鋼鐵”,資源投入無數,收獲的大多是毫無用處的廢鋼渣。

由于多數國產電動車生產廠家重忽悠,輕研發,東拼西湊弄出幾輛樣車,也是為了忽悠政府騙補貼。當一切塵埃落定。真正賣到老百姓手里的電動車加起來不過幾百輛。與《汽車產業振興規劃》中2011年底產銷50萬輛電動車的目標相去甚遠。

經過幾年的折騰,電池研發仍然沒有突破性進展。純電動車不要說遠遠達不到大規模商業化的階段,連單純的研發測試流程都沒有形成。不但沒有實現“彎道超車”,與跨國公司的研發差距反而拉大了。

電動車商業化,要等待第四次工業革命的到來

筆者始終認為:任何產業的發展和進化都不能脫離它所處的科技時代和工業發展的大背景。

早期的汽車非常簡陋,既沒有豪華的內飾,也沒有時尚的外觀,更沒有各種現代化的電子設備。然而隨著化工、能源、鋼鐵、塑料、電子信息等各個學科的不斷進步,誕生了輪胎、無鉛汽油、油漆、ABS等劃時代的創新產品。在這些發明創新的基礎之上,才有了今天豪華,舒適,安全的汽車。

已經發生的三次工業革命都是以能源的更新換代為標志,因此高儲能容量的電池應該會是下一次工業革命的成果之一。筆者想目前人類在電動車商業化遇到的難題一定會在這次工業革命中得到解決。

日本的蓄電立國

2012年9月,在位于茨城縣東海村的日本高能加速器研究機構(HighEnergyAcceleratorResearchOrganization)大強度陽子加速器設施“J-PARC”中,蓄電池專用分析設施“中子BeamLineSPICA”建成完工。這是世界上唯一一臺通過將加速器產生的高強度中子束照射在處于實際工作狀態的蓄電池上,能夠實時觀察構成材料的原子排列變化等的設備。

同年4月,在位于兵庫縣佐用町的日本理化學研究所(RIKENJapan)的大型同步輻射設施“Spring-8”里,采用了強力X線、同樣是世界唯一的蓄電池專用分析設施開始了運轉。中子束適用于對氫、鋰、鎂等“輕原子”的分析。而X線擅長的領域是錳及鎳等“重原子”。也就是說,如果將兩者合在一起,便可掌握構成蓄電池的所有原子的活動。

這個項目被命名為“革新型蓄電池尖端科學基礎研究事業(RISING事業)”,由日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)主持,研究團隊中包括京都大學等14家大學及研究機構、以豐田為代表的5家汽車企業、以及松下和日立制作所等共12家企業。NEDO蓄電技術開發室主任細井敬稱,該項目力爭實現“舉國一致強化‘蓄電立國的日本’

NEDO項目提出的目標是:以2020年前后為限,使能量密度增加到250Wh/kg,將平均每千瓦時的成本降低到約300美元。也就是說,用大約10年時間將能量密度提高到一倍以上,成本則降至二分之一左右。

路在何方

隨著科技進步,科學知識以驚人的速度積累。每一次科技進步牽涉到的知識面越來越廣,涉及到的知識系統越來越深,因此需要投入的人力,物力也越來越大。

第一次工業革命以蒸汽動力為主要標志,技術發明主要源于工人和技術的實踐經驗;第二次工業革命以電力、內燃機以及新通訊方式的發明和應用為標志,技術發明主體由原來的技術工人轉變為實力雄厚的公司;而第三次工業革命則以核能、計算機、通信工程的發明和應用為標志,這些創新工程的實現以單個公司的力量已經不能完成,美國實施的曼哈頓技術動員了10多萬人,歷時3年耗資25億美元。同時,現代化的實驗室和高科技的實驗設備也取代了原來的手工作坊式的發明小屋。

高能量密度電池材料開發的難度和復雜程度絕不亞于第三次工業革命。僅憑某個公司的一家之力絕對無法完成如此復雜的工程。國內的大型汽車公司應盡快結束目前單打獨斗和“土法煉鋼“的行為。國家層面上,應當由政府出面立項,組織大型車企、大學、研究機構以及相關的零部件公司舉全國之力共同攻克這一技術難關,只有這樣才能實現“彎道超車”和汽車強國之夢。

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