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這也難怪,新能源車主一直的夢想之一,就是充電和燃油車加油的速度相提並論[2]。
要知道,不考慮排隊、支付等方面的因素影響,普通燃油車加一次油大概只需要2-5分鐘,加一次油能跑五六百公里[3]。而純電汽車充滿一次電則需要6-8小時[4],續航大概在300-500公里[5]。
如果搭載石墨烯電池的車型量產,那麼效能將不輸燃油車。
北京到南京的公路里程1032公里。
舉個例子,該車型投入生活使用後,可以充一次電跑1000公里,足夠開車從北京到南京,之後的充電也只需要8分鐘,電動車車主將告別“充電充一宿、不敢跑高速”的尷尬時代。
“什麼時候能拿到量產車?”
“看起來就成本高,車得多貴啊?”
“石墨烯的新聞每年都能看到幾次,這次真能成嗎?”
石墨烯電池這一超級王炸的黑科技,於2014年被西班牙的一家公司研發後就自帶“熱搜體質”[6],然而卻一直未能走進大眾生活,如今的量產靠譜嗎?會很快實現嗎?
走向生活,超級電池至今仍水土不服石墨烯電池可以實現“充電8分鐘續航1000公里”的超級效果[6],但僅限於實驗室中。
產業化,不是把產品直接拿出來就可以用。
除了受石墨烯材料本身的價格、穩定性、合成難度限制外[7],應用生活中的種種搭配也極大地限制了這個超級電池的普及。
眾所周知,電動車充電還需要充電樁和電網的配合,快充技術的革新同時對充電設施的挑戰也會很大。
國家電網的快充電樁,最高支援30kw功率。
比如實際充電的時候,功率不太容易實現滿負荷運載[8]。我們來計算一下,如果要達到“8分鐘充滿1000公里”的效果,充電樁需要達到怎樣一個平均充電功率。
以轎車為例:
100公里=15kwh電量[9]
1000公里=150kwh電量
8分鐘充滿150度電,1小時要充
150kwh/8*60=1125kwh電量
根據公式:平均功率(kw)=耗電量(kwh)/時間(h)可得,充電樁需要達到的平均電功率為1125kw。
一個常見的小區的單臺變壓器容量最多支援600-800kw,實際中為了留出餘量,通常無法達到最大功率
1125kw在生活中是一種什麼概念?一個常見的小區的單臺變壓器最多支援功率在630-800kw的用電裝置[10],如果一個充電樁的平均功率需要1125kw,那麼一個小區斷電來支援快充都不能頂得住。在這其中產生的超過的1000A電流,也能夠讓小拇指粗的鐵柱數秒內快速熔斷。
特斯拉V3超充樁,理論最大充電功率250kw。
在國際上,為了解決這一難題,特斯拉和保時捷也在研發快充設施,但是理論上能達到的最大充電功率為250kw[11],遠遠小於之前計算的1125kw。然而可以期待的是,中日正聯合開發超高功率快充充電裝置,最高支援500kw[12],未來幾年可以推廣。
這就意味著即使石墨烯電池擺在大家面前,也無法正常執行,這項超級電池目前還是隻能存在於實驗室中。
曲線救國,分別實現8分鐘快充和1000公里續航新能源汽車變革的兩大痛點,充電慢續航低,已經擺在面前,各家車企近幾年也在大大小小的發力電池研發。
電池研發要平衡比能量、壽命、快充、安全、成本等相互制約的效能指標[13],石墨烯電池現階段不能實現,其他電池同時實現“充電8分鐘”和“續航1000公里”也不現實。
其實仔細來看,車企宣傳的“8分鐘充80%”和“續航1000公里”是分別由兩款不同的電池技術實現的[1]。
石墨烯基超級快充電池技術負責“充電8分鐘充滿80%”,其原理是將石墨烯作為導電劑加入鋰電池中,提升電池效能,達到快充的效果[14],其實本質上還是鋰電池。這一應用為電池研發常用手段,目前市面上的打著石墨烯概念的電池也多是這個版本。
石墨烯作為導電劑,能夠顯著的提升電極的導電性,降低導電劑的用量,大大地提高充電效率。
矽負極電池技術負責“續航1000公里”,矽被視為取代現有商業化石墨負極極具潛力的材料之一[15],它能提高電池能量密度,使得單位體積的電池所儲存的能量提高。這樣的話,電池還是那麼大,但是儲能就相對高很多。
值得注意的是,在純電技術方案上,包括蔚來汽車、智己汽車均提到了矽負極及相似的補鋰工藝,多向研發爭取告別“電動爹”的訊號正在釋放。當然實際表現還有待驗證。
等等黨別等了,兩大功能未來五年也不能同時實現如前文提到,解決新能源汽車領域充電和續航焦慮不是某一項技術就能解決的,多端的配合和技術的突破同樣重要。
中國科學院院士歐陽明高透過研究認為[16],隨著光伏電價格降低,充電技術逐漸成熟,充電基礎設定不斷完善和普及,新能源汽車也將隨之迎來全方位突破的關鍵轉折點。
小米10至尊紀念版120W秒充,電池23分鐘能充滿。
“未來5-10年,白天可以用15分鐘充滿75%的電量”[16],和手機充電一樣省心。
綜合來看,充電8分鐘和續航1000公里在實驗室可以實現,但是量產在未來五年內無法實現,這也應了那句“技術突破和商業推廣不能混為一談”。