救世主叫“便便”？

相信現(xiàn)階段大部分新能源汽車(chē)，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主，都遭受著不同程度的用電焦慮。很多人對(duì)充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、續(xù)航里程不足的問(wèn)題感到煩惱。但是，前輩，我發(fā)現(xiàn)這些頑疾很可能是靠你鄙視的牛糞解決的。你看和尚會(huì)不會(huì)胡說(shuō)八道就知道了。

■牛糞拯救世界？

在那些好萊塢大片里，各種身懷絕技的超級(jí)英雄或者經(jīng)歷過(guò)各種非人訓(xùn)練的特工和間諜，才是拯救世界的人。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，拯救我們的往往是不起眼的人或事。今天故事的主角之一就是牛糞，這是很多城市孩子只聽(tīng)說(shuō)過(guò)，沒(méi)見(jiàn)過(guò)的“新事物”。

相信大家都知道純電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，但相信大家都知道缺點(diǎn)。即使使用DC快速充電，給饑餓的純電動(dòng)汽車(chē)“喂食”的時(shí)間也要比給燃油車(chē)補(bǔ)充汽油和柴油的時(shí)間長(zhǎng)得多。人生苦短，怎么能把寶貴的時(shí)間都浪費(fèi)在充電站呢？

那么，沒(méi)有解決辦法嗎？事實(shí)上，20世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）60年代就有答案了。這是燃料電池。它不是一項(xiàng)新技術(shù)，因?yàn)榛驹硎?9世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）末由科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到民用的轉(zhuǎn)變，總是需要一個(gè)坎坷的發(fā)展過(guò)程，而時(shí)間即將來(lái)到21世紀(jì)。

當(dāng)然，新事物在解決現(xiàn)有問(wèn)題的同時(shí)，往往也會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。比如燃料電池汽車(chē)零排放無(wú)污染，可以說(shuō)是環(huán)保汽車(chē)的終極形態(tài)。然而，目前大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料的技術(shù)還不是很成熟。具體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的制氫工藝是通過(guò)電解水獲得氫氣。如果電解水的電能來(lái)自火力發(fā)電，就會(huì)產(chǎn)生碳排放問(wèn)題。那么，環(huán)保這個(gè)詞的意義就大大降低了。

既然是問(wèn)題，就有解決的辦法。不是，豐田在美國(guó)宣布正在長(zhǎng)灘港建設(shè)可再生氫燃料提取設(shè)施。該設(shè)施每天可以利用牛糞釋放的甲烷生產(chǎn)1.2噸燃料，燃燒后可以產(chǎn)生2.35兆瓦的電力。

我們的故事還沒(méi)有結(jié)束。對(duì)于日本來(lái)說(shuō)，地理原因使得其畜牧業(yè)遠(yuǎn)不如歐美發(fā)達(dá)，沒(méi)有人愿意去做那些高成本開(kāi)發(fā)的新技術(shù)無(wú)法引進(jìn)國(guó)內(nèi)使用的事情。另一方面，豐田已經(jīng)開(kāi)始在日本銷(xiāo)售Mirai未來(lái)組合，這證明仍然有一種產(chǎn)量、質(zhì)量、成本和環(huán)保平衡的制氫方法。日本工程師如何解決問(wèn)題？

不止男人，電池也是“硬”點(diǎn)好？

當(dāng)我在地理課上上學(xué)的時(shí)候，我會(huì)談?wù)撍?。由于自身的地理原因，日本非常缺乏不可再生資源。未雨綢繆一直是從政府到企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。因此，早在千禧年前后，日本科學(xué)家就計(jì)算出了當(dāng)時(shí)的能源消耗率。到2021年，日本國(guó)內(nèi)電費(fèi)將達(dá)到普通人因能源短缺無(wú)法承受的峰值。因此，選擇替代能源成為日本政府進(jìn)入21世紀(jì)后發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略的重中之重，核能是首先考慮的對(duì)象。

核電站事故給了燃料電池發(fā)展的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，在地震前的前兩年，日本國(guó)產(chǎn)燃料電池已經(jīng)悄然開(kāi)始上市銷(xiāo)售，目標(biāo)是成為家庭供電的重要組成部分，其中氫燃料是由天然氣生產(chǎn)的。

通過(guò)東京燃?xì)?、大阪燃?xì)狻⒓ト盏V、西山麗能源等公司銷(xiāo)售的氫燃料，已經(jīng)融入了日本普通民眾的生活。換句話(huà)說(shuō)，經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，日本的氫燃料輸送系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)完善。包括能源開(kāi)采、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及相關(guān)的分銷(xiāo)鏈體系，都比歐美國(guó)家成熟。在外人看來(lái)，豐田在這個(gè)時(shí)候推出Mirai未來(lái)組合有些不現(xiàn)實(shí)。其實(shí)更像是搶占當(dāng)年的混動(dòng)市場(chǎng)。他們已經(jīng)看到了一條清晰的發(fā)展道路。

■凳子皮革！哦，不，這是一個(gè)很大的變化！

鋰離子電池和鋰離子電池相信大家都用過(guò)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像夾心餅干。兩面脆皮餅干就像正負(fù)等級(jí)，中間軟糯的夾心是電解質(zhì)。我們之所以談?wù)撨@個(gè)，是因?yàn)榭茖W(xué)家們?cè)噲D改變中間的“三明治”材料，讓整個(gè)餅干變成固態(tài)。當(dāng)然，他們不會(huì)白白浪費(fèi)R&D的資金。這樣的改變可以大大增加電池的能量密度，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，我們的純電動(dòng)汽車(chē)可以在不改變電池重量的情況下跑得更遠(yuǎn)。

1991年，日本索尼公司和旭化成公司發(fā)布了第一款商用鋰離子電池。從那以后，他們的身影充斥著我們的生活。當(dāng)然它也有自己的缺點(diǎn)，比如過(guò)充過(guò)放會(huì)明顯影響使用壽命，耐高溫能力稍弱。

受現(xiàn)有架構(gòu)和關(guān)鍵正極材料的限制，市場(chǎng)上鋰離子電池的能量密度很難超過(guò)300Wh/kg。其中磷酸鐵鋰電池單體的能量密度很難超過(guò)140Wh/kg，大型三元鋰電池單體的能量密度高達(dá)220Wh/kg，實(shí)驗(yàn)室的上限相對(duì)較高，但也只有300Wh/kg。當(dāng)消費(fèi)者不斷追求續(xù)航里程更長(zhǎng)的車(chē)輛時(shí)，傳統(tǒng)的鋰離子電池似乎遙不可及。既然現(xiàn)實(shí)不能滿(mǎn)足需求，那就說(shuō)明市場(chǎng)廣闊。

從上圖可以很容易看出，這兩種電池最大的區(qū)別就是電解質(zhì)被固體電解質(zhì)替代。換句話(huà)說(shuō)，全固態(tài)電池中既沒(méi)有氣體也沒(méi)有液體，所有的材料都是以固體形式存在的。那么，不同的材質(zhì)對(duì)我們的用戶(hù)有哪些明顯的好處呢？

-高能量密度

與市場(chǎng)上常見(jiàn)的鋰離子電池相比，全固態(tài)電池的能量密度有了很大的提高。國(guó)外一些實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池，與目前100-220Wh/kg的鋰離子電池相比，已經(jīng)翻了一番。

-小尺寸

以上是“傳統(tǒng)”電池的結(jié)構(gòu)圖。不難看出，它含有隔膜和電解液，兩者加起來(lái)占電池體積的近40%，質(zhì)量的25%。在固態(tài)電池中，部分電解質(zhì)被固體材料替代。日本研究人員表示，他們已經(jīng)能夠?qū)㈥?yáng)極和陰極之間的距離縮短到微米單位，從而大大減小電池的尺寸。未來(lái)，司機(jī)和乘客的空空間顯然會(huì)更大。

-更安全。

說(shuō)到電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組，除了蓄電能力，大家最關(guān)心的非安全性能不是別人，正是自己。畢竟車(chē)輛續(xù)航里程短也可以通過(guò)增加充電頻率來(lái)解決，可能會(huì)導(dǎo)致安全隱患，或者電池組引發(fā)的事故往往會(huì)對(duì)人身安全造成不可逆的傷害。

因?yàn)楣虘B(tài)電池有這么多優(yōu)勢(shì)，很多車(chē)企都向他們拋出了橄欖枝。除了以豐田和本田為首的日本廠商，就連火花塞領(lǐng)域的重要供應(yīng)商N(yùn)GK也提出轉(zhuǎn)型研發(fā)固態(tài)電池。當(dāng)然，正如我們前面所說(shuō)，新事物雖然可以解決現(xiàn)有的問(wèn)題，但也會(huì)帶來(lái)新的麻煩。比如它的制造成本高，很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入普通消費(fèi)者的生活，降低成本可能需要幾年甚至幾十年的時(shí)間。

全文摘要:

人們總說(shuō)科技改變生活，但有時(shí)候科技的發(fā)展也會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。具體到車(chē)輛，雖然純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有尾氣排放，但上游環(huán)節(jié)的電能生產(chǎn)并不是零污染。充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、續(xù)航里程過(guò)短也是亟待解決的問(wèn)題。幸運(yùn)的是，這個(gè)世界上有工程師，無(wú)論是牛糞還是固態(tài)電池，這往往改變現(xiàn)有困境的是不起眼的東西或靈感。