电动汽车的电池难题（科技大观）
郑岳久
电动汽车正成为普通家庭购车的选项之一，而续航问题是其扩大市场的一大短板。近期，德国汽车品牌保时捷公布了一项研究成果：功率高达450千瓦的超级充电桩，充电3分钟可续航100公里，15分钟即可充电80%。特斯拉也发布了新一代超级充电桩，充电时间可缩短一半。这种超级充电桩技术能否帮助电动汽车克服短板呢？
的确，超充技术将有助于电动汽车的长途出行，但尚不能彻底解决续航短、充电不便的问题。
与体积小巧的慢速充电桩相比，超级充电桩对供电线路要求高、占地面积大，无法安装在普通车位上。考虑到建设与运营成本，超级充电桩多见于城市郊区、高速路沿途。相关研究结果显示，普通消费者用车场景90%以上为市内短途出行，长途出行不到10%。因此，为住宅区、办公区与商业区的车位普及慢速充电桩，比建设超级充电桩更加务实。
此外，超充技术的实现，不仅需要建设强大的充电桩，也对锂电池性能提出了更高要求。在高达数百千瓦的充电功率下，电池可能出现寿命衰减问题，甚至安全风险。因此，为了与当前锂电池性能匹配，实际应用的充电桩功率要比预期低很多。目前，充电基础设施的建设目标是“夜间慢充为主，日间快充为辅”。超级快充的普及尚需时日。
如果说基础设施决定了补充续航里程的便利性，那么锂电池本身则直接影响续航里程的长短。对传统燃油车来说，想要实现续航里程增加一倍，只需将油箱相应扩大一倍，基本不会增加整车成本。这一招对电动汽车不管用。一方面，电池价格不菲，增加电池会显著增加购车成本；另一方面，电池的能量密度很低，增加电池容量会显著增加车重，从而降低续航里程。
随着技术提高和生产规模扩大，锂电池成本会逐步降低，而能量密度就成了主要难题。目前电动汽车的锂离子电池主要分为磷酸铁锂与三元锂两种。前者能量密度较低，主攻低成本与高安全性，应用在空间较为宽松的大客车上；后者能量密度较高，主攻高能量密度，应用在布局紧凑的轿车与SUV上。所谓三元锂，一般是指电池的正极由镍钴锰三种元素组成，调节三种元素的比例可以实现更高的能量密度。研究发现，能量密度越高的元素配比，稳定性、安全性一般也越差，这使得三元锂电池的技术前路困难重重。
新能源的发展不是一帆风顺的。多年来，风能、太阳能等产业发展历经起伏。其中的技术瓶颈、产业化掣肘等问题，仍有赖于人们共同努力去解决。电动汽车的发展也面临类似挑战。目前，世界各国的研发机构一方面尽可能研究锂离子电池的极限，另一方面开始探索下一代锂电池，例如锂空气电池、锂硫电池等。其中，固态锂电池被寄予厚望。不过，下一代锂电池的量产乐观估计仍需5—10年。在这种情况下，汽车行业开始重视氢燃料电池技术。虽然这一技术的完善可能需要更大的投入，但可以避开锂电池的能量密度限制，为解决电动汽车的电池难题提供了新思路。
（作者为上海理工大学机械学院副教授）
《 人民日报 》（ 2019年05月28日 18 版）
