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可能不會取代鋰電池,但是會碾壓燃油車。鈉電池的技術分析

對於普通消費者來說,我們不談那些春雪。燃油車之所以現階段還能站在純電動車前面,是因為價格太貴了。對於純電動汽車來說,動力電池是絕對的成本中心,曾經耀眼的發動機和變速箱在成本比上都無法與之抗衡。因為鋰電池單位容量成本高,但在續航焦慮的影響下,大腦裏沒有電池容量,形成了成本從昂貴的單價上升到大容量的螺旋狀態。在此背景下,曾經的“備胎”鈉電池開始升溫,很有可能在今年迎來正式的“替補登場”機會。從技術角度看,鈉電池真的能把純電動汽車的價格降下來嗎?如果價格問題解決了,燃油車最後的技術拒馬樁還能去掉嗎?

更換鈉電池能便宜多少?

從鈉電池和鋰電池的技術基礎來看,鈉電池的優勢在於存量巨大,劣勢在於效率低下。先說股票。就地殼中的礦產資源而言,鈉是鋰的近400倍,分布更均勻。具體到原料,碳酸鈉的價格只有每噸幾千元,而碳酸鋰壹度逼近每噸60萬元的誇張價格。即使碳酸鋰原料價格回落到40萬元/噸的水平,同等重量的碳酸鈉價格在相當保守的計算下,也遠遠達不到碳酸鋰1%的水平。

但是,這當然不意味著更換鈉電池就能降低動力電池99%的成本。至於能削減多少成本,其實還有壹個背景需要說明,就是鈉電池目前還沒有形成穩定的技術路線,所以計算的維度也不壹樣。但核心部分可以應用到更熟悉的鋰電池上,因為鈉電池只是在正極材料和電解液中用鈉代替了鋰。特別是正極材料的成本較大,在鋰電池的技術路徑中約占40%的成本,而鈉電池可以將正極材料的成本降低到四分之壹左右。

但技術路線的不同導致了正極材料成本的差異。也介紹了大家比較熟悉的當代安普科技有限公司。普魯士藍化合物正極材料的路線在壹定程度上犧牲了鈉電池除價格以外的壹些特性,然後在工藝簡單、成本低廉的情況下換取了高能量密度。層狀環氧化合物和聚陰離子化合物的陽極路線也是獨特的。而在汽車環境下,後者更低的能量密度和更高的加工成本更受限制,但高工作電壓、高熱穩定性和循環壽命的優勢更像來自三元鋰電池。至於前者,實際上已經接近普魯士藍化合物路線的性能,但在處理上的可控性可能是車輛法規環境的潛在分水嶺。

總之,鈉電池雖然屬於“替代出道”,但很多技術路徑還沒有達到三元鋰電池的高度。而鈉電池和鋰電池的生產工藝處於同壹狀態,技術具有很高的可重復性和可移植性。這不僅會影響到整體的成本控制,而且從技術角度來看,也有助於鈉電池盡快在汽車法規層面站穩腳跟。據多數機構預測,按照目前的原材料差價,正式推出的鈉電池成本有望在磷酸鐵鋰電池的基礎上降低30-40%左右。同樣,以動力電池占整車成本40%左右的說法為參考,即使以3萬多元起步的洪光MINIEV為例,價格也有望降低5000元左右。如果是20萬級別的中型純電動車,可能壹次性降價3萬元以上。當然,還是那句話,這只是反映鈉電池對電動車成本“殺傷力”的壹個極其廣泛的推論。

鈉電池有多少優點被缺點掩蓋了?

當然,“壹分錢壹分貨”也是我們的人生經驗。至於鈉電池,前面已經提到,它的效率比較短,從元素周期表中可以查出來。只有排名靠前的積極分子才能在電池的正負極之間有更高的效率,從而獲得更強的“載貨”能力。在此基礎上,可以適應的金屬元素有鋰、鈹、鈉、鎂、鋁等。鈹極其稀有,毫無疑問鋰電池會在第壹階段勝出。至於效率不如鋰的鈉、鎂、鋁,在成本因素的影響下,鈉電池終於脫穎而出,即將脫穎而出。即使其能量密度遠不及三元鋰電池,也只能觸及磷酸亞鐵鋰的門檻。這當然會影響鈉電池加載後的續航裏程表現,但是在效率相對較低的表現下,鈉電池真的只是除了便宜以外的無用選擇嗎?

廣義來說,鈉電池的純電動車可能更接近燃油車的感覺。首先是鈉電池的安全性。由於鈉和鋁的穩定性以及鈉鹽電解質更高的穩定性,理論上鈉電池的熱保護效果優於鋰電池。比如鈉電池電動車,理論上可以“空電”運輸,既能保證運輸安全,又不影響以後的性能。

此外,鈉電池不僅在高溫下穩定性優異,在低溫下也是如此。在低溫衰減方面,雖然三元鋰電池優於磷酸鐵鋰電池。但在-20℃的低溫下,三元鋰電池壹般充放電保持率只能維持在70%左右,而鈉電池可以達到90%,幾乎可以忽略低溫的影響。另外,鋰電池低溫充電容易導致鋰析出,而鈉電池則有恃無恐。總之,相對於既怕熱又怕冷的鋰電池,鈉電池在-40℃到80℃的溫度範圍內基本可以正常工作。理論上,燃油車能去哪它就去哪。

即使是鈉電池不可避免的容量低、充放電次數少的問題,也不是不可挽回的。對於容量問題,鈉電池在快充方面的潛力可能是最好的彌補方式。由於鋰離子電池在快充狀態下正負極鋰離子的不平衡,特別是在過充的情況下,極端情況下會在負極生成樹枝狀晶體,這是金屬晶體穿過隔膜導致負極短路的潛在威脅。所以鋰電池往往充電很快,80%後速度會大大降低。並且為了造成電池容量的永久損失,壹般不建議完全依靠快充再充電,更不建議長時間高壓過充。鈉電池方面,鈉離子在正負極的傳輸速度比鋰離子快,所以在高電壓快速充電的情況下,可以達到正負極的平衡。這樣鈉電池不僅快充效率更高,而且不怕過充。同時,它的電池比容量非常出色。簡單來說,充的電是“真實”的,續航標定難度大大降低。這樣即使循環壽命明顯弱於磷酸鐵鋰電池,即使經過1000次充放電循環,鈉電池的比容量保持率仍能接近95%,而鋰電池基本在80%左右。綜上所述,鈉電池容量低,循環壽命短。但有限的容量是紮實的,耐用的,安全的,有限的說法更“充實”。

寫在最後

隨著去年大宗供應鏈的價格過山車,原材料的上漲讓消費者意識到電動車電池貴。單價貴了,容量也卷起來了,所以整體車價在往更貴的方向發展。這種邏輯閉環可能要等到鈉電池正式上市後才能迎來。並不是說鈉電池是壹統江湖的終極選擇,而是在容量問題無法被大自然解決的情況下,鈉電池為純電動汽車的發展提供了壹種新的思路。壹個在安全性、使用場景、價格優勢上完全可以撬動普通消費者對燃油車路線依賴的想法。

本文來自易車號作者盧卡汽車,版權歸作者所有。如以任何形式轉載,請聯系作者。內容僅代表作者觀點,與車改無關。

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