能續(xù)航百萬英里的電動(dòng)汽車電池，可能被特斯拉發(fā)明了

時(shí)間:2019-10-15 23:11來源:未來汽車日?qǐng)?bào) 作者:綜合報(bào)道
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Giacomo Bagnara
 
       2019年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉后，約翰·古迪納夫的研究將人們的視線轉(zhuǎn)向了電池行業(yè)的發(fā)展，近期，特斯拉宣稱已經(jīng)發(fā)明出了能續(xù)航百萬英里的電池，可供一輛汽車行駛足足76年。埃隆·馬斯克的這項(xiàng)技術(shù)或?qū)⒊蔀槲磥硭璧臒o人駕駛汽車研發(fā)的關(guān)鍵。本文譯自寫作平臺(tái)Medium中原標(biāo)題為“Tesla May Have Invented a Million-Mile Electric Car Battery”的文章，本文作者Steve LeVine。
 
       自從愛迪生以來的一個(gè)世紀(jì)中，電池的世界夾雜著夸張和小謊言。美國大學(xué)和私人實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)宣布所謂的重要新飛躍，但當(dāng)攝像機(jī)消失之后，他們就會(huì)沉默了。
 
       很多人都對(duì)特斯拉的CEO埃隆·馬斯克存有懷疑，包括美國監(jiān)管機(jī)構(gòu)和華爾街，因?yàn)樗偸菚?huì)提出一些沒法實(shí)現(xiàn)的要求，有時(shí)還直接違反法律。但現(xiàn)在，這個(gè)讓人生疑的汽車制造商卻申請(qǐng)了一種電池系統(tǒng)的專利，這個(gè)電池可以保持續(xù)航一百萬英里，對(duì)于普通美國人來說，足足夠駕駛76年。
 
       曾經(jīng)有人需要這這么一輛車么？不清楚。但是如果你是馬斯克，那么你會(huì)發(fā)現(xiàn)，未來會(huì)有一支車隊(duì)，可以在車主不使用的時(shí)候，轉(zhuǎn)變成為無人駕駛或是自動(dòng)駕駛的出租車，他希望這支車隊(duì)將會(huì)成為特斯拉的一個(gè)新的巨大盈利點(diǎn)。
 
       歐美前沿的電池研究人員雖然對(duì)特斯拉這個(gè)系統(tǒng)的成本不是很確定，但有一份新鮮出爐描述續(xù)航百萬英里電池的學(xué)術(shù)論文卻是嚴(yán)謹(jǐn)而又令人信服。“它的結(jié)論是驚人的，”加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)教授Gerbrand Ceder這么說道。
 
       加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)教授Jeff Dahn是這篇論文的作者，他和特斯拉簽過合約。這篇論文主要提出了無人駕駛出租車，公共汽車和二輪半拖車的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。用有二十年壽命的網(wǎng)格電池，這些車只要20分鐘就能充好電。這些正是新電時(shí)代最大的野心，而一種新的鋰離子電池，正如如Jeff Dahn所說的，將大大恢復(fù)馬斯克在應(yīng)用尖端技術(shù)領(lǐng)域的聲譽(yù)。
 
       如果你是馬斯克，那么你會(huì)發(fā)現(xiàn)，未來會(huì)有一支車隊(duì)，可以轉(zhuǎn)變成為無人駕駛或是自動(dòng)駕駛的出租車
 
       在過去的四到五十年中，很少有發(fā)明能像鋰離子電池那樣對(duì)不起眼的電池行業(yè)產(chǎn)生影響。也正是這項(xiàng)技術(shù)使20世紀(jì)突破性的電子杰作——晶體管——擺脫了家庭和辦公室的電源線束縛，成為移動(dòng)電子革命的引擎。鋰離子的心臟——陰極——于1981年由約翰·古迪納夫發(fā)明（當(dāng)時(shí)他在牛津大學(xué)任教，而現(xiàn)在是美國德克薩斯大學(xué)的教授），十年后，由索尼公司推向市場(chǎng)。像您現(xiàn)在閱讀這篇文章所拿的手機(jī)里，就肯定有古迪納夫的發(fā)明。從那以后，包括Jeff Dahn在內(nèi)的研究人員發(fā)明了三四個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的鋰離子配方，但它們卻都保留了古迪納夫的原始架構(gòu)。四十年后，古迪納夫的基本想法仍然是電池行業(yè)的金科玉律。
 
       關(guān)于鋰離子要了解的另一件事就是它與晶體管的區(qū)別。摩爾定律描述硅芯片大約每18個(gè)月就得將其功率翻倍，但電池沒有類似于摩爾定律的規(guī)則。如果鋰離子以硅的速度被提升了，那么到現(xiàn)在它可能幾乎已經(jīng)將化石燃料趕出了運(yùn)輸業(yè)，還能一并解決氣候變化的問題。自1981年以來，雖然鋰離子已有所進(jìn)步，但卻并沒有達(dá)到這個(gè)速度。
 
       十年前，鋰離子電池的成本超過$ 1,100/kWh，這是衡量能量密度的指標(biāo)。在當(dāng)時(shí)，美國能源部設(shè)定了$ 100/kWh，算是里程碑一樣的目標(biāo)。如果能達(dá)到，那么電氣設(shè)備將會(huì)和汽車就爭(zhēng)奪首要地位來一次正面交鋒。對(duì)于像我這樣年復(fù)一年在行業(yè)會(huì)議上聽到各種目標(biāo)的人來說，就很荒謬，因?yàn)槲覐臎]有聽說過有哪個(gè)研究人員認(rèn)為這種想法是可行的。
 
       但是，根據(jù)可再生能源研究公司BloombergNEF的最新研究，感覺已經(jīng)差不多了。去年，成本已經(jīng)下降到平均$176/kWh。BNEF還表示，在五年之內(nèi)，它將會(huì)降至100美元以下。
 
       在一定程度上，汽車制造商將節(jié)省下來的成本以更低的價(jià)格推向市場(chǎng)，那么電動(dòng)汽車的銷量可能會(huì)激增。BNEF設(shè)想電動(dòng)汽車制造商會(huì)做到這一點(diǎn)。到2040年，電動(dòng)汽車將會(huì)因?yàn)槠挖A得這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)：會(huì)有57%的美國乘用車將會(huì)銷售電子車，而且在全球范圍內(nèi)，電動(dòng)汽車將會(huì)占道路上所有行駛汽車的近三分之一。
 
       除了約翰·古迪納夫本人之外，在這個(gè)電動(dòng)汽車時(shí)代，沒有一個(gè)人能比馬斯克和他的公司特斯拉更能發(fā)揮作用了。就在2008年馬斯克決定接管特斯拉之后，電動(dòng)汽車便成為了當(dāng)今一個(gè)主要的嚴(yán)肅話題。四年前，Jeff Dahn（他自己是電池領(lǐng)域的那幾十個(gè)或十幾個(gè)最重要的思想家之一）決定要加入馬斯克的公司，一起做特斯拉的項(xiàng)目。他放棄了與3M長期獨(dú)家的商業(yè)合作關(guān)系，和特斯拉簽了一份五年的工作協(xié)議。
 
       在一封電子郵件中，Dahn將問題轉(zhuǎn)給了特斯拉，特斯拉沒有回復(fù)。但是在四月，馬斯克又說了幾句明顯是彌天大謊的話：因?yàn)橐幌盗行″e(cuò)誤就遭到了華爾街的攻擊——和Joe Rogan抽大麻的時(shí)候，在推特上討論了將特斯拉私有化的計(jì)劃，就錯(cuò)過了一個(gè)接一個(gè)特斯拉主流車型Model 3的生產(chǎn)目標(biāo)——馬斯克脫口而出說，到明年年底，特斯拉將擁有一個(gè)續(xù)航一百萬英里的電池和上百萬的無人駕駛出租車。
 
    馬斯克表示，將深入研究，他準(zhǔn)備把電池安裝在特斯拉Model 3里，這些汽車也會(huì)有可以連接到自動(dòng)出租車網(wǎng)絡(luò)的必備軟件。如果特斯拉車主想要在工作或閑逛時(shí)賺外快，那么就可以讓自己的汽車作為無人駕駛出租車投入使用，其中25％至30％的收入給特斯拉，許多大型高科技公司基本都使用這種盈利模式。馬斯克說，司機(jī)擁有其他任何一輛汽車都會(huì)非常興奮，因?yàn)檫@樣，特斯拉將會(huì)獲得一個(gè)豐厚收入的新渠道。
 
       由于幾乎沒有其他汽車制造商想在十年甚至也可能永遠(yuǎn)不會(huì)生產(chǎn)出完全自動(dòng)駕駛的商用汽車，因此馬斯克的宣傳立即就招來了質(zhì)疑聲。事實(shí)證明，要使無人駕駛汽車真正保證安全，尤其是在無法預(yù)測(cè)的人類社會(huì)中，面對(duì)的挑戰(zhàn)比幾年前大多數(shù)人想象的要艱巨得多。
 
       但是當(dāng)時(shí)雖沒有人這么想過，但這次馬斯克的想法卻不是一般的夸夸其談。去年八月，特斯拉已經(jīng)為兩項(xiàng)Dahn的發(fā)明申請(qǐng)了臨時(shí)專利，兩項(xiàng)發(fā)明都涉及百萬英里電池（臨時(shí)專利是在真正完成一項(xiàng)發(fā)明之前所提出的，有一年的時(shí)間來完成它）。9月12日，也就是在Dahn論文發(fā)表的幾天之后，特斯拉就表示這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，并申請(qǐng)了兩項(xiàng)專利。
 
       在這個(gè)宣言中，至少在電池領(lǐng)域，使馬斯克擁有一些可信度的主要原因就是Dahn的存在。Jeff Dahn是一位膽大心細(xì)的物理學(xué)家，從不胡說八道，反而是呼吁做過類似事情的同行們一起研究。換句話說，他是和馬斯克完全相反另一面的馬斯克。
 
       多年以來，Jeff Dahn一直在講“可以永久使用的電池”。對(duì)于他的同行來說，在目前人類平均壽命的大環(huán)境下，Dahn就剛好已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)。
 
       這篇論文發(fā)表在《電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上，由Dahn和13位合著者共同發(fā)表，內(nèi)容驚人的全面，措辭還有些傲嬌。它在第一行就明確提出會(huì)為將來的研究奠定一個(gè)“基準(zhǔn)”，這個(gè)基準(zhǔn)是同行和公司用在所有類型電池研發(fā)生產(chǎn)的基準(zhǔn)。但是，Dahn有著“不愛講廢話”的名聲，他們不僅公開了數(shù)據(jù)，還讓同行們復(fù)制其研究結(jié)果。他們以一種不尋常的方式將仍然工作的電池單元附加到條形碼上，并使它們可以在線追蹤。
 
       為了這個(gè)事情，我聯(lián)系了六個(gè)研究人員，他們似乎都對(duì)Dahn的假設(shè)不以為然。但就現(xiàn)在的情況看來，Dahn似乎對(duì)能帶領(lǐng)這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展地更好感到十分滿意。一位不愿意透露姓名的研究者說Dahn的電池沒準(zhǔn)兒“真的可能成為標(biāo)準(zhǔn)。”
 
       眾所周知，特斯拉發(fā)展十分迅猛，但就像馬斯克之前承諾的那樣，一年之內(nèi)仍然很難看到人們?nèi)绾螐腄ahn的論文和專利來獲取駕駛的便利。
 
       現(xiàn)在這個(gè)技術(shù)受到歡迎的一個(gè)原因可能是因?yàn)檎撐臎]有描述全新的內(nèi)容，只是Dahn和電池領(lǐng)域的其他人在很大程度上已經(jīng)開發(fā)了一段時(shí)間的最佳實(shí)踐的綜合結(jié)果。
 
       當(dāng)然，除此之外它也是有創(chuàng)新的。卡耐基梅隆大學(xué)的教授Venkat Viswanathan認(rèn)為，Dahn的主要進(jìn)步在于一個(gè)“秘密武器”——那就是電解質(zhì)，它是促進(jìn)離子在兩個(gè)電極之間運(yùn)動(dòng)的重要液體。Dahn向它里面添加了乙酸甲酯等化學(xué)物質(zhì)，就可以實(shí)現(xiàn)快速充電而又不損壞電池的結(jié)果。
 
       并且，為了實(shí)現(xiàn)生活的跨越式發(fā)展，Dahn從根本上改變了電池的結(jié)構(gòu)。當(dāng)前的電池在充放電循環(huán)中易于破裂，但是，當(dāng)擴(kuò)大構(gòu)成陰極的晶體時(shí)（將相對(duì)較小的多晶顆粒換成較大的“單晶”），裂紋就會(huì)減少甚至消失。“單晶晶體更堅(jiān)固，”英國法拉第學(xué)會(huì)程序管理負(fù)責(zé)人Allan Paterson這么說道。
 
       眾所周知特斯拉發(fā)展十分迅猛，但就像馬斯克之前承諾的那樣，一年之內(nèi)仍然很難看到人們?nèi)绾螐腄ahn的論文和專利來獲取駕駛的便利。
 
       伊利諾伊州電池投資公司Volta Energy Technologies的負(fù)責(zé)人Jeff Chamberlain表示，成功擴(kuò)大電池規(guī)模的關(guān)鍵是Dahn的方法所需要的花費(fèi)是多少，這是電動(dòng)汽車商業(yè)化以及利用太陽能和風(fēng)能發(fā)電的核心問題。一位研究人員告訴我，Dahn的方法所需的成本可能比目前的電池高15％至20％，但是隨著百萬英里電池生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，這種成本差距可能會(huì)縮小，尤其是當(dāng)其他汽車制造商采用這種方法的時(shí)候會(huì)更加明顯。換句話說，這正是特斯拉想要的。
 
       這是電池化學(xué)本身的一個(gè)中心問題。電池似乎并不能點(diǎn)燃大多數(shù)人的激情，但對(duì)于馬斯克來說，確實(shí)可以。在這種情況下，他可能是地球上唯一使用叫作NCA電池配方的電動(dòng)汽車制造商。在2010年，我直接問過馬斯克為什么不改用NMC，這是大家都在用的一個(gè)相對(duì)比較有競(jìng)爭(zhēng)力的配方。他明顯開始生氣了。他說，如果他負(fù)責(zé)通用汽車的電動(dòng)汽車計(jì)劃，他要做的第一件事就是將NMC改為NCA。
 
       問題在于Dahn是NMC之父，而且他也確實(shí)很偏愛NMC。NMC是這篇論文的核心所在，顯然這絕非偶然。為解決這個(gè)問題，Dahn把NMC作為解決馬斯克提出的目標(biāo)的解決方案——出租車和二輪半拖車。Dahn建議道，NMC甚至可以與當(dāng)前特斯拉使用的金屬圓柱形電池兼容。
 
       我向一些研究人員詢問了二人角力的情況下會(huì)發(fā)生什么。他們的回應(yīng)都很像，差不多都會(huì)說：“過去是過去，現(xiàn)在是現(xiàn)在：如果埃隆·馬斯克能夠生產(chǎn)出一百萬英里的電池，自動(dòng)駕駛出租車和快速充電也不會(huì)因?yàn)闆]有NMC而退化，他到時(shí)候會(huì)改變觀點(diǎn)的。”
 
       確實(shí)，在特斯拉觀察家Fred Lambert發(fā)表的一份報(bào)告中，提到韓國的《電子報(bào)》表示，LG Chem將為在中國銷售的特斯拉Model 3s提供NMC電池。如果是真的話，這份報(bào)告為馬斯克的野心又開拓了新的維度——如果他可以占領(lǐng)很大一部分的中國電力市場(chǎng)，他就會(huì)對(duì)NMC保持一個(gè)比較開放的態(tài)度。
 
       總之，Dahn是個(gè)難得能給馬斯克帶來好消息的人。“我們知道電池已經(jīng)達(dá)到一個(gè)很長的使用壽命，而且設(shè)計(jì)也非常好。”伯克利大學(xué)教授塞德說：“這是第一個(gè)證據(jù)，證明這個(gè)事情其實(shí)比我們想象的要好得多。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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