給電動(dòng)汽車選擇大電池所面臨的大問題

大多數(shù)公眾以及工程師都會(huì)定期處理可充電電池，但它們是手持設(shè)備和小家電中相對(duì)較小的電池，容量在 mA-hr 范圍內(nèi)。但那里還有另一個(gè)世界，一個(gè)更大的電池，例如用于 HEV 和 EV 的電池，它對(duì)生產(chǎn)和材料要求產(chǎn)生巨大影響。

就混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和電動(dòng)汽車 (EV) 而言，使用鋰離子電池，可在功率、能量密度、效率和環(huán)境影響之間取得最佳平衡。但同時(shí)，鋰離子電池也是易損壞和危險(xiǎn)的，而汽車環(huán)境又相當(dāng)棘手、難以應(yīng)付。混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的電子產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)是，彌補(bǔ)要求苛刻的汽車環(huán)境和電池敏感性之間的差距。汽車環(huán)境的苛刻和電池的敏感堪稱地獄中的絕配。

考慮到汽車對(duì)能量、功率和環(huán)境的要求，安全、可靠地使用大型鋰離子電池組絕對(duì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)。鋰離子電池以滿充電狀態(tài)或滿放電狀態(tài)工作時(shí)，容量會(huì)降低?？紤]到循環(huán)往復(fù)的充電、組與組之間的差別和不同的環(huán)境條件，每節(jié)電池的容量都會(huì)隨著時(shí)間推移而降低并產(chǎn)生偏離。因此，電池組要實(shí)現(xiàn) 15 年、5000 個(gè)充電周期的目標(biāo)，每節(jié)電池都必須保持在有限的工作范圍內(nèi)工作。

當(dāng)我看到《華爾街日?qǐng)?bào)》上的一篇文章時(shí)，我有一種感覺 ——“特斯拉真的需要 50 億美元的電池嗎?——它談到了特斯拉汽車公司(高端電動(dòng)汽車制造商)的埃隆馬斯克提出的建設(shè)一個(gè)估計(jì)耗資 50 億美元的巨大電池工廠的提議。這將是一個(gè)完整的、自給自足的設(shè)施，一側(cè)是原材料，另一端是成品特斯拉電池。

其目的是將電池組的成本降低約 30%。如果特斯拉按計(jì)劃銷售 500,000 輛汽車(文章沒有說明具體的時(shí)間范圍)，其自身的需求將超過所售出的每臺(tái)筆記本電腦、手機(jī)和平板電腦的總使用量。

這是否具有財(cái)務(wù)或技術(shù)意義，我不能說;如果被問到(即使沒有被問到)，已經(jīng)有足夠多的扶手椅專家提出他們的意見。但文章中的一些數(shù)字確實(shí)令人印象深刻：

· 特斯拉 Model S上的電池組額定功率為 85 千瓦時(shí)，分析師估計(jì)目前的成本在 21,250 美元至 25,500 美元之間。

· 特斯拉去年售出 22,400 輛汽車，是全球最大的電池買家。

· 擬議中的特斯拉工廠的電池產(chǎn)能為 35 GW-hr/年。

文章還點(diǎn)出了一些關(guān)于現(xiàn)有大型充電電池工廠的數(shù)字：

· LG化學(xué)：600,000 ft 2 (56,000 m 2 );產(chǎn)能為 1.0 GW-hr/年。

· 日產(chǎn)電池：475,000 ft 2 (44,000 m 2 );產(chǎn)能為 4.8 GW-hr/年。

· A123 電池：291,000 英尺2 (930,000 m 2 );產(chǎn)能為 0.6 GW-hr/年。

我從來沒有考慮過以 W-hr/year 容量為單位的電池生產(chǎn)——或者在這種情況下是 GW-hr/year——但它實(shí)際上在容量、材料要求等方面很有意義。

讀完那篇文章后，我想知道一些嚴(yán)重且不那么嚴(yán)重的問題：

· 是否有足夠的鋰、鈷和其他關(guān)鍵材料來制造所有這些電池?(是的，它們可以被回收，但仍然......)一本很棒的書和真正令人大開眼界的關(guān)于我們認(rèn)為理所當(dāng)然和需要的各種原材料的是自然的構(gòu)建塊： 約翰·埃姆斯利(John Emsley)的 AZ 元素指南。

· 所有的電力來自哪里，為這些電池提供首次充電?(它們?cè)?a href="/tags/電動(dòng)汽車" target="_blank">電動(dòng)汽車中，因此需要在客戶購買車輛之前對(duì)其進(jìn)行充電。)

· 當(dāng)您在 GW-hr/year 范圍內(nèi)時(shí)，您需要多大尺寸的“充電器”來為電池充電?

說真的，我們需要這么多電池的影響，從那些幾乎不可數(shù)的小電池到這些更大的電池，都是值得思考的。對(duì)于更好地理解這些細(xì)胞的好壞行為也有影響，例如波音公司在其夢(mèng)想飛機(jī)中發(fā)現(xiàn)的，以及如何管理他們與適當(dāng)?shù)碾娮釉O(shè)備。

你有沒有見過任何可靠的數(shù)字讓你對(duì)大批量、大規(guī)模的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有了新的，也許是令人不安的看法?