电动车科技展望之：铝电池

发布时间：2022-02-03 20:33:36来源：无敌汽车网

有时候真不太了解国内的很多车评噏主的脑袋里是装什么的？但凡一说到电动车，在他们嘴里的“高科技”就只有什么自动驾驶、激光雷达、n多个摄像头、在车里跟对眼睛聊天之类，而当他们谈汽车时，真能拿出真才实学、将何谓操控性能、用语言和文字表达清楚的，更是凤毛麟角，最大不了就是说说动力、说说配置就叫车评了......一片浑浊的汽车媒体行业里，人设比知识重要、颜值比车重要......

之前一篇文章介绍了比如今流行的锂离子电池更为先进的锂空气电池，文章最后笔者提了一下核聚变技术的发展，结论是：BEV车型、也就是目前国内被各路车评人吹爆的纯电动车或者他们口中无比先进的新能源车，这棵科技树的终点将止于核聚变或者太阳能科技的大规模民用化应用，当然这还必须依赖电池技术的发展，笔者敢断言，如今那些锂离子电池的发展和主流地位，坚持不到2030年。理据有两个，锂离子电池的能量密度相对于在研的铝离子电池要低太多、其次是锂金属在地球上的存量太低，如今这样发展BEV车型、完全依靠电池容量来推动其发展的模式，是否能坚持到2030年也是一个问题，要知道，锂金属在陆地上的含量只有0.0065%。

图：这是啥？先卖个关子、后面再介绍。

这次要介绍的电池类型叫铝电池，但这只是统称，目前在研的铝电池分为铝离子电池（Aluminium-ionBattery）和铝空气电池（Aluminium–airBattery）两大类，下面咱们就简单介绍一下这两种即将能投入到实际的应用的新型电池吧。

首先是铝离子电池，它是一种可充电电池：放电时，铝离子通过电池的正极流向负极来产生能量；充电时，铝离子返回负极，每个铝离子可以交换三个电子，而锂离子就只有一个。也正是因为拥有三个单位的电荷，所以其能量密度比锂离子电池要高得多，锂离子电池的能量密度是406Wh/kg，而铝离子的能量密度为1060Wh/kg，更关键是铝在地球上存量要比锂高出四个数量级，地球的存量达到8%，比铁还多。丰富的存量也预示着一旦攻克了保质期较短的问题，其更高的能量密度、快速的充电时间、宽阔的适用温度范围（-40°C~120°C）、不易燃烧等优点。目前国内的浙江大学高分子科学系也站在了铝离子电池研究的前沿。

图：注意左下角的方程式，铝离子电池可以放出3个电子，这是其能量密度比锂离子电池高的基本原因。

另外一种更高科技的铝电池名叫铝空气电池，它暂时还是一种不可充电电池，每个电池的电压为1.2伏，原理是利用大气中的氧气与铝产生化学反应产生电，但其理论值高达8000Wh/kg、实际应用已经能达到1300Wh/kg的极高能量密度水平，经实际测试，其等效燃油效率达到了15%，与内燃机汽车的13%相当。这种优势让它已经率先被应用到军事领域，例如一些不方便经常拆卸更换电池或者不经常送电的仪表或者雷达的待机电力供应，便会使用到铝空气电池，美国空军的铝氯电池在1970年代已经投入使用。虽然不能充电，但用完即弃在军事领域也是常态、能被接受的。但这种特性放在民用领域或者商用就不合适，虽然同体积状态下的铝空气电池的续航能力是锂离子电池的8倍，但用完就要换新这一点，又有多少车主能接受呢？或者我可以，但不代表所有人都能接受。

图：这个便是铝空气电池的实体，其原理其实并不复杂，稍微学过化学、看得明白其反应公式的都能理解。相类似技术早在1970年代已经开始在美国空军使用。

铝空气电池其实从1989年便开始在实验机构里取代了铅酸电池进行车辆测试，2013年3月，以色列的Phinergy公司便发布过一段以铝空气电池在电动车上应用的视频；2014年2月，该公司与Alcoa（美铝）建立合作关系，开发电动车用的铝空气电池，经过测试，续航里程可达1600公里；2021年3月，该公司于印度石油公司合资组建了公司推动Al-Air电池的商业化应用。

图：以色列的Phinergy公司是铝空气电池技术的主要推动者之一，也是最早迈入准商业化应用的企业，目前已经在印度开始试验性推广。

虽然铝空气电池拥有着至今为止属于“无敌”的性能，但距离大规模、普及化商业应用依然还有问题未曾解决，例如纯铝的阳极极容易被电解液腐蚀，铝离子反应后的水合氧化铝会形成凝胶状物质而降低电力输出、理想的阴极材料仍在摸索中，例如意大利的科研机构便提交过铝玻璃电池的专利，另外还有铝硫电池等等。

图：虽然铝空气电池仍有很多实际应用问题有待解决，但其令锂离子电池望尘莫及的能量密度、安全性、气温适应性、低成本都足以在可见的未来成为能量储存的主流。

图：上文那台便是以色列Phinergy与美国铝业公司共同研发的铝空气电池测试车，就是车尾箱眼见的电池组，让这台小车跑了1600公里，可以发挥想象力，如果特斯拉的底部全换上这种铝空气电池，能跑多远？笔者估计不低于3000公里吧。

储能技术的发展是电驱动技术科技树的其中一个分支，但这里也必须清晰一个道理，车辆作为交通工具使用，解决续航力问题的关键在于如何让车辆本身产生能量，回溯1900年代~1920年代的第一次电动车辉煌期，其充沛的动力输出是其走红的原因，但蹩脚的续航力是它输给内燃机的致命一击，因为内燃机本身自带了将热能转化为动能的能力，而电动车没有，失败的历史教训不应该被再次重演一次，如今那些所谓的新势力造车企业，咱们能看到的只是将PPT换回来的资本投入到堆砌设备和市场包装上，几乎没有一家能拿得出真正的高科技研发能力，例如新型电池的研发、例如驱动系统和驱动管理的革新革命等，更别说思考为车辆带来能量产生或者转化的能力了。别跟我说什么工业4.0时代、更别说什么能自动驾驶就是高科技，汽车也好、电车也罢，不从历史中吸取教训，倒闭时别哭着脸卖惨就行，到时想再闻闻汽油味都难。