漫談電動汽車電池的發展方向

月前曾經花了不少篇幅介紹當今電動汽車的技術與發展,大家都知道電動汽車的推廣困境離不開電池容量,影響著汽車續航性。由於充電基建的建設趕不上電動車的普及,在充電桩使用率接近飽和的時候,很難再快速普及。至於電動車上的鋰電池,在容量方面已發展至接近100kWh (俗稱100度電池容量),這在50萬元以上的較高級電動車款中已可見到,而且以三元鋰電池為主;至於50萬元以下的經濟級別車款,由於成本的考慮,一般都是容量較低的磷酸鐵鋰電池,容量方面大約都在450 – 550kWh左右。

現時鋰電池發展和應用方面,有很多需要妥協的地方,容量愈大的電池,成本愈高,所佔用的空間更多、重量愈大。要知車輛的重量直接影響到耗能,這讓電動車在設計時,需要取得很好的平衡。再其次是高性能的三元鋰電池,成本更高,但性能較不穩定,車廠在電池保護、電池控制及管理系統上需要更多的考慮。除了電池容量影響到續航力之外,車內各部件的耗電率、以及車輛本身的風阻也是重要的影響因素。根據研究所得,風阻對於電動車續航力的影響高達40%左右,所以若看到某款車型外觀流線型不夠,那幾可知道續航力不會高得去哪裡。

既然鋰電池有這樣多需要解決的問題,那未來何去何從呢?現時的答案是固態電池。所謂固態電池,就是指電池內的電解液,少於5%處於液態,這不單令到重量大幅減低,也因不用承載那麼多液體,電池的體積也能得以大量縮小,而且因為甚少電解液,同時減低受衝擊下的可燃性、爆炸性,提高安全系數。由於安全系數提高了,在車體設計時不用再需要太多高強保護,也對汽車的減重有正面作用。多方面影響之下,電動車的續航力就可大幅提高。但現時固態電池技術還在發展當中,業界估計要2030年左右才能有機會看到全固態電池。過渡期間,半固態電池是現時鋰電池的替代方案。所謂半固態電池,即是只有5% – 10%液態,使用半固態電池的車款已少量出現,但因技術尚未成熟,所以量產也要等到2025年左右,才能在市面上看到使用半固態電池電動車較大量出現。相比鋰電池,在能量密度方面,現時普遍的磷酸鐵鋰電池將在150 – 200Wh/kg,一般的三元鋰電池在200 – 260Wh/kg左右。而現時技術尚未成熟的第一代半固態電池,已超過300Wh/kg。能量密度在400Wh/kg的三元半固態電池已在實驗室完成原型樣品。可見半固態電池的技術優勢已不在現時鋰電池的同一層級,亦能窺知未來全固態電池的跨代技術優勢,對電動車普及和發展帶來長期正面影響。

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