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电动车为什么还没有普及?电池面临的问题是什么?

2021-04-24 ryder

如果想让电池再次改变我们的生活,有三个问题需要处理:功率(power)、能量(energy)和安全(safety)。


电动飞机可能会成为航空的将来。从理论讲,电动飞机相比传统飞机更静谧、更便宜、更环保。如果充电一次电动飞机能够飞1000公里,它就可以完成今天近一半的商务飞行任务,让全球航空碳排放削减15%。


电动车也一样。事实上,电动车不只环保,而且它还是更棒的汽车。电机几乎没有哪些噪音,能够快速应和司机的命令。给汽车充电的成本比烧油便宜得多。电动车惟有很少的活动部件,维护成本更低。


为什么电动车还没有普及呢?因为电池太昂贵,购买电动车的前期投入比相近的汽油汽车更大。除非你老是开着汽车,否则省下的汽油钱还不够弥补前期支付成本的。简单来说,电动车依然不够经济。


在我们使用的电池中,最常见的化学物质是锂离子。大多专家认为,在将来10年甚至更长的时间内,没有其它化学物质可以击败锂最子。锂电池有两个电极(阴极和阳极),还有一个分离器(一种传导离子而非电子的材料,可以戒备短路),分离器放在中央,还有电解液(通常是液体),它让锂离子在两极之间来回流动。当电池充电时,离子从阴极流向阳极,当电池放电时,离子向相反的方向移动。


我们不妨将它想象成两块面包,左边一块是阴极,右边一块是阳极。我们不妨假定阴极是由镍、锰、钴片(NMC)组成的,阳极是由石墨组成的,它相当于让碳原子一层一层重叠。


在放电状态下,NMC面包在夹层之间会有锂离子夹心。电池充电时,锂离子从夹层中提取,被迫穿过液体电解质。分离器确保惟有锂离子能穿过石墨层。当电池完全洋溢电,阴极不会有再有任何锂离子,它们全都整洁排列在石墨块之间。当电池释放电能时,锂离子向阴极回流,直到阳极没有任何锂离子。此时我们就要再次给电池充电了。


从本质上讲,电池的功率是由解决速度的快慢决定的。要想加快速度没有那么简单。将锂离子从阴极中抽取,如果速度太快,层会受损。正因如此,手机、笔记本、电动车使用时间越长,电池寿命也全变短。每一次充电放电,都会让面包块变得脆弱。

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