動力電池:看瑞士初創企業如何掌控世界

全球範圍發佈的禁售燃油車時間表,讓人們意識到新能源車的時代就要來了,而純電動車、插電混動、燃料電池車等等,為什麼短短几年時間就成為未來的主旋律?

一方面是全球戰略、政策等方面的支持,另一方面就是動力電池技術的不斷提升,更長的續航、更短的充電時間,直接關乎用戶的通勤需求,才讓新能源車來到我們身邊,將來還會取代傳統燃油車,與大家的日常出行密不可分。於是就有了人們所說的:新能源車的發展,就是電池技術的發展

【瑞士電動能源車發展現狀】

據外媒報道,近日歐洲汽車製造商協會(National Automobile Manufactures Association)公佈了2019年一季度歐洲各國新能源汽車的銷量情況。數據顯示,2019年一季度,歐洲新註冊新能源車約12.69萬輛,相比2018年增長了41.2%,市場份額相較於2018年的2.1%也增長到了3.1%。

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同時,研究機構WoodMackenziePower&Renewables也在預測,到2025年歐洲動力電池產量有望每年增加90GWh。未來歐洲新能源汽車還有很大的市場空間,作為追趕者的瑞士若想實現趕超,仍需積極完善產業鏈,優化市場格局,依託本土優勢培育出良性循環的成長體系,同時放眼下一代動力電池的技術研發,不斷增強技術儲備。

為了減少汽車排氣汙染,瑞士很早便開始使用電動能源汽車,1985年蘇黎世和日內瓦建立了電動汽車維修站。1991年瑞士有550輛電動能源汽車,並且成立了電動能源汽車消費者協會。瑞士汽車協會(SATG)認為,執行嚴格的汽車排放標準,制定有效的稅收政策,限制內燃機汽車進入城市和近郊某些地區等措施,可以促進電動能源汽車的推廣使用。為了實現政府的環保規劃,瑞士還在研究用電動汽車進行市內運輸的問題。根據調查資料,90%市內運輸用轎車,而且行駛距離不超過20km,因此用電動能源汽車最為合適。

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為了擴大市場,瑞士政府計劃在2022年達到每7輛新車中就有一輛使用電力能源的交通發展目標。交通部長多麗絲·洛伊特哈德(Doris Leuthard)以及瑞士各州、城市、市鎮和關鍵工業領域的帶頭人就這一願景達成了共識。交通部宣佈,汽車、電力、不動產以及交通運營行業約50個協會共同簽署了一項交通發展計劃。為了實現在2022年之前,將電動汽車在新車登記中的比例提高到15%這一目標,該計劃提出了三個優先拓展領域:即發展電動汽車市場、增設電動汽車充電站以及採取獎勵措施。

動力電池作為各種電動車輛的主要能量載體和動力來源,也是電動車輛整車成本的主要組成部分,其壽命直接影響電動車輛的使用成本。動力電池自身技術的提高和成組應用技術的發展成為電動車輛市場化和商業化的關鍵因素之一。長期以來,不少製造商都將目光聚焦在動力電池,希冀有所突破,以提高電動汽車的行駛里程,延長汽車使用壽命。瑞士作為全球最具競爭力和創新力的國家之一,正在用實際行動,為科技電子類初創企業提供優異的商業環境和創新氛圍,為它們的發展給予強力支持。

瑞士初創企業緊緊的抓住這個機遇,不斷創新,研發新型電池,致力於推進電動能源汽車的發展。

【Innolith研發新型鋰離子電池】

近日,一家來自瑞士的電池企業Innolith帶來了重大技術突破,他們宣稱已經制造出了一款新型高密度鋰離子電池,充滿一次電可以續航約1000公里,遠遠超過目前電動汽車電池的供能上限。如果這一技術得以投產,這無疑將掀起動力電池汽車領域的一場革命。

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此次Innolith製造出來的新型鋰離子電池能量密度高達1000Wh/kg。不僅如此,這一電池還遠遠超過了業內對於下一代鋰離子電池密度的預計。Innolith的橫空出世,為全球動力電池領域帶來了新的活力。此次研發出的高能量密度電池充電後可支持電動汽車連續行駛近1000公里,比目前市場上的鋰離子電池高出許多。

那麼,此次極具顛覆性的電池技術的特殊之處在哪裡呢?目前大多數動力電池都是使用液體電解質來轉換能量,Innolith也不例外。但不同的是,他們採用更穩定的無機電解質代替了含有有機物和高度易燃溶劑。這種類似於鹽的無機電解質可以在很大程度上消除電動汽車的火災風險,提高安全性。此外,使用無機材料也擺脫了系統中反應最敏感的組件,增加了電池的穩定性。

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Innolith的負責人格林希爾茲稱,粗略估計,他們的電池能量密度是人們普遍預計的下一代鋰離子電池的三倍,同時也是美國能源部等機構設定的能源密度目標的兩倍。格林希爾茲介紹,有機物是大多數鋰離子電池副反應的主要產物,隨著使用時間的增加,這些有機物將會消耗電池中的有效物質,讓整個閉環系統變得效率低下,而使用無機物作為電解質則可以有效解決這個問題。

除了技術的誕生令人欣喜之外,Innolith公司更以極快的速度把電池推向實際應用中。據悉,Innolith公司與美國知名電力供應企業PJM-Grid建立了合作關係,目前這款創新電池已經在美國的馬里蘭州進行規模化的測試。此外,Innolith還計劃在近期進行初步試生產,並與一些主流的電池和汽車公司建立技術授權合作關係。但其負責人也坦言,儘管已經取得了部分成就,但全面的商業化生產還可能需要3至5年的時間。

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在全球動力電池領域,Innolith公司只是一個初創企業,若此次技術創新真正得以商業化量產,將可能重塑目前全球動力電池行業格局,甚至影響到整個新能源汽車行業的發展。

【ecovolta推出標準化鋰離子動力電池】

瑞士電池系統製造商ecovolta研發出一種標準化鋰離子動力電池(Li-ion traction battery),該標準電池可為電動汽車製造商節省50萬歐元的研發費用。

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該標準電池大大減少了將電動汽車投入量產階段所需的時間和費用,電動汽車製造商們可以將更小的車型或之前的車型系列迅速轉換成電氣化車型,在幾周之內就可創建原型電動汽車。之前,每輛電動車型都需要定製電池組,該過程所花費的時間也帶來了額外的風險,而且導致電動汽車製造商只有在更大的生產規模下才能有利可圖。而ecovolta研發的evoTractionBattery動力電池已經被認為是一種通用的解決方案,可快速投入使用。

此外,此類標準化電池降低了每千瓦時電力儲存的成本,為公司降低了進入電動移動出行領域的准入門檻。該集成電池管理系統可實現主從操作,以及將電池連接到CAN總線,允許電池與更高級別的控制系統交換數據,而這對於車輛操作的安全性和效率性必不可少。此外,該系統還集成了安全技術、繼電器和預充電技術。

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該evoTractionBattery動力電池的電壓為24伏、48伏和400伏,容量從2.5千瓦時至15千瓦時。在任何配置中,至多可串聯16個此類電池,至多可並聯32個此類電池,電池電壓範圍為24至829伏之間,總容量可達7,600千瓦時。每個電池模塊的固定長度為520mm,寬度為218mm,而高度則取決於電池電壓和容量,為車輛設計提高了清晰的參數。此外,ecovolta生產的定製化高容量電池系統和電動移動出行解決方案無需主動冷卻。

【Gaia Membranes研製新型釩電池】

Gaia Membranes位於瑞士阿爾高州,隸屬PSI研究中心,致力研發高效、經濟適用的能源儲存技術。Gaia Membranes目前正研究提升全釩氧化還原液流電池(簡稱釩電池;VRFBs)的能效,旨在代替鋰電池技術。憑藉電池技術的創新,這家科技公司獲得了來自瑞士Venture Kick的13萬瑞士法郎的投資。

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當鋰電池遇上釩電池,可能過不了多久,手機、電腦和電動汽車將不再使用鋰電池,釩電池將取而代之。鋰電池的擴容成本高,但放電效率達到近90%。釩電池壽命更長,不易燃或易爆,擁有更高的安全性且更容易回收再利用。而且,釩電池擴容成本低。儘管釩電池目前的放電效率為75%,但Gaia Membranes正是解決這一問題的專家,他們的膜產品能將釩電池的能效提升15%,同時他們也正在為這項技術申請專利。

Gaia Membranes此次獲得瑞士Venture Kick的投資,既是對它革新電池技術的鼓舞,也讓更多人關注釩電池。藉由這項技術進步,能源儲存有可能迎來新一輪技術創新。釩電池的不斷完善,將惠及便攜式電子產品、電動汽車等相關產業,人們的生活也將隨之改變。此外,釩電池壽命更長、更易回收,也為環保事業提供了新的可能。

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為了讓未來變成現實,Gaia Membranes在獲投之後,將加大生產規模並啟動試點項目。GaiaMembranes聯合創始人、CEO Elian Pusceddu就說:“Venture Kick讓我們將設想變為現實,將我們的技術變為消費者喜愛的產品。我們計劃在2019年底前推出首款產品。”

【總結】

實際上,近年來全球許多國家都在關注動力電池的研發突破。而早前,美國能源部也對外宣稱,正在資助一個項目,希望幾年內能研發出能量密度為500Wh/kg的電池。多種信號表明,到2020年左右,動力電池行業將會迎來一個質變的過程。一方面行業競爭加劇,業內格局基本形成,另一方面更多尖端技術的出現將會推動動力電池產業進入到新階段。我們審視歷史規律,就能做出清楚的判斷,在動力電池市場,那些觸類旁通、銳意創新、不墨守成規的企業將會有更大的機會贏得未來。


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