五年内先别想“充电8分钟续航1000公里”
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2021第一个车圈顶流非石墨烯基超级快充电池莫属,一句“8分钟充满80%,NEDC续航1000公里”让讨论漫天,再一句“即将量产”直接把热度推向高潮
这也难怪,新能源车主一直的梦想之一,就是充电和燃油车加油的速度相提并论[2]。
要知道,不考虑排队、支付等方面的因素影响,普通燃油车加一次油大概只需要2-5分钟,加一次油能跑五六百公里[3]。而纯电汽车充满一次电则需要6-8小时[4],续航大概在300-500公里[5]。
如果搭载石墨烯电池的车型量产,那么性能将不输燃油车。
北京到南京的公路里程1032公里。
举个例子,该车型投入生活使用后,可以充一次电跑1000公里,足够开车从北京到南京,之后的充电也只需要8分钟,电动车车主将告别“充电充一宿、不敢跑高速”的尴尬时代。
“什么时候能拿到量产车?”
“看起来就成本高,车得多贵啊?”
“石墨烯的新闻每年都能看到几次,这次真能成吗?”
石墨烯电池这一超级王炸的黑科技,于2014年被西班牙的一家公司研发后就自带“热搜体质”[6],然而却一直未能走进大众生活,如今的量产靠谱吗?会很快实现吗?
走向生活,
超级电池至今仍水土不服
石墨烯电池可以实现“充电8分钟续航1000公里”的超级效果[6],但仅限于实验室中。
产业化,不是把产品直接拿出来就可以用。
除了受石墨烯材料本身的价格、稳定性、合成难度限制外[7],应用生活中的种种搭配也极大地限制了这个超级电池的普及。
众所周知,电动车充电还需要充电桩和电网的配合,快充技术的革新同时对充电设施的挑战也会很大。
国家电网的快充电桩,最高支持30kw功率。
比如实际充电的时候,功率不太容易实现满负荷运载[8]。我们来计算一下,如果要达到“8分钟充满1000公里”的效果,充电桩需要达到怎样一个平均充电功率。
以轿车为例:
100公里=15kwh电量[9]
1000公里=150kwh电量
8分钟充满150度电,1小时要充
150kwh/8*60=1125kwh电量
根据公式:平均功率(kw)=耗电量(kwh)/时间(h)可得,充电桩需要达到的平均电功率为1125kw。
一个常见的小区的单台变压器容量在630-800千伏安(也就是最多支持600-800kw的用电设备,实际中为了留出余量,通常无法达到最大功率)。
1125kw在生活中是一种什么概念?一个常见的小区的单台变压器最多支持功率在630-800kw的用电设备[10],如果一个充电桩的平均功率需要1125kw,那么一个小区断电来支持快充都不能顶得住。在这其中产生的超过的1000A电流,也能够让小拇指粗的铁柱数秒内快速熔断。
特斯拉V3超充桩,理论最大充电功率250kw。
在国际上,为了解决这一难题,特斯拉和保时捷也在研发快充设施,但是理论上能达到的最大充电功率为250kw[11],远远小于之前计算的1125kw。然而可以期待的是,中日正联合开发超高功率快充充电设备,最高支持500kw[12],未来几年可以推广。
这就意味着即使石墨烯电池摆在大家面前,也无法正常运行,这项超级电池目前还是只能存在于实验室中。
曲线救国,分别实现
8分钟快充和1000公里续航
新能源汽车变革的两大痛点,充电慢续航低,已经摆在面前,各家车企近几年也在大大小小的发力电池研发。
电池研发要平衡比能量、寿命、快充、安全、成本等相互制约的性能指标[13],石墨烯电池现阶段不能实现,其他电池同时实现“充电8分钟”和“续航1000公里”也不现实。
其实仔细来看,车企宣传的“8分钟充80%”和“续航1000公里”是分别由两款不同的电池技术实现的[1]。
石墨烯基超级快充电池技术负责“充电8分钟充满80%”,其原理是将石墨烯作为导电剂加入锂电池中,提升电池性能,达到快充的效果[14],其实本质上还是锂电池。这一应用为电池研发常用手段,目前市面上的打着石墨烯概念的电池也多是这个版本。
石墨烯作为导电剂,能够显著的提升电极的导电性,降低导电剂的用量,大大地提高充电效率。
硅负极电池技术负责“续航1000公里”,硅被视为取代现有商业化石墨负极极具潜力的材料之一[15],它能提高电池能量密度,使得单位体积的电池所储存的能量提高。这样的话,电池还是那么大,但是储能就相对高很多。
值得注意的是,在纯电技术方案上,包括蔚来汽车、智己汽车均提到了硅负极及相似的补锂工艺,多向研发争取告别“电动爹”的信号正在释放。当然实际表现还有待验证。
等等党别等了
两大功能未来五年也不能同时实现
如前文提到,解决新能源汽车领域充电和续航焦虑不是某一项技术就能解决的,多端的配合和技术的突破同样重要。
中国科学院院士欧阳明高通过研究认为[16],随着光伏电价格降低,充电技术逐渐成熟,充电基础设置不断完善和普及,新能源汽车也将随之迎来全方位突破的关键转折点。
小米10至尊纪念版120W秒充,电池23分钟能充满。
“未来5-10年,白天可以用15分钟充满75%的电量”[16],和手机充电一样省心。
综合来看,充电8分钟和续航1000公里在实验室可以实现,但是量产在未来五年内无法实现,这也应了那句“技术突破和商业推广不能混为一谈”。
吃瓜群众们还是早点洗洗睡吧,这个话题等五年后再拉出来讨论也不迟。
[1]广汽埃安官方微博(2021-1-15). #石墨烯基电池即将量产#即将“电”力全开,敬请期待!.
[2].新能源汽车三大痛点:续航焦虑 充电不便 依赖补贴[J].稀土信息,2017(02):36-37.
[3]有车以后(2020-3-18).加一次油能跑多少公里.
[4]搜狐(2019-4-24).电动汽车开多久可以充电 新能源汽车充一次电能跑多远.
[5]汽车之家专业测评团队(2020-1-11).2019年新能源车测试盘点:续航&能耗篇.
[6]零排放汽车网(2014-12-10).西班牙研发出石墨烯电池 续航1000公里8分钟充满.
[7]田晓鸿.石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用[J].粘接,2021,45(01):183-186.
[8]王艺钢.大功率直流快充充电桩的设计[J].集成电路应用,2020,37(02):118-119.
[9]新能源网(2020-04-08).电动车每百公里平均耗电量多少?.
[10]安娜.住宅小区供配电系统设计要点[J].智能建筑电气技术,2019,13(05):71-75.
[11]特斯拉中国官网.V3 超级充电站的充电功率峰值可达 250kW.
[12]EV世纪(2020-5-8).中日正联合开发超高功率充电设备 最高支持500kW/预计明年推出.
[13]电池中国网(2021-1-19).欧阳明高:要平衡比能量/寿命/快充/安全/成本等矛盾性能指标.
[14].15秒内充满电的石墨烯超级电池来了[J].云南电力技术,2020,48(06):90.
[15]宋俊,楚晓婉,张琦,陈宇慧,张学清,张国帅,张若琳.锂离子电池硅基复合负极制备方法[J/OL].化工进展:1-17[2021-01-26].https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1504.
[16]腾讯科技(2021-1-14).一文读懂汽车百人会精彩观点:千公里续航电池引发热议,院士斥“骗子”.
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再说点别的,电动就一定环保?电池报废处理属于危废品,对环境影响也不小,再有电从哪来?火力,水利,核电,太阳能发电,咱们国家乃至全世界都是以火力为主吧?火力发电中使用的煤炭运输、粉碎等等造成的环境影响也不小吧?燃油车造成环境污染是你们车主的问题,国家电厂造成的就没事了,现在最主要的是道路畅通,使车辆运行在经济时速,避免拥堵造成的燃油污染最为重要。什么电车好油车好都TM扯淡。
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