在WE大會看見出行未來：告別擁堵，15分鐘飛到辦公室_風聞

從年初到年尾，我們發現，今年的各種大會都在着重強調碳達峯、碳中和的目標與議題，無論是國家級戰略層面的考慮還是保護環境人文主義關懷的目的，綠色可持續的發展之路已經是大勢所趨。減少碳排放，實現雙碳目標以應對氣候的變化正在成為全球共識。

這些共識的達成來源於近些年人類慘痛的經歷。我們在全球都看到了暴雨肆虐、洪水頻發的現象；澳洲七個多月的山火幾乎燒盡了森林裏的所有，數以億計的動物被燒死，臨近的居民流離失所；南北極的冰蓋面積不斷的減少。這些頻繁的極端氣候帶來的災害都在不斷提醒着我們，不要再紙上談兵了，該做出改變了。技術不斷升級延伸，在保護自然的生態平衡方面也有施展的天地，也許我們該抽離一些聚焦在人類自我發展的目光抬頭看看身處的環境、地球與宇宙。

今年騰訊的科學WE大會，也跳脱出侷限在人類自身發展的目光，以“洞天”為主題帶領公眾望向遼闊的星辰與大海：WE大會有天體物理的黑洞探索，連接大腦的意念打字、深入萬米海域的軟體機器人等。

在這些前沿知識的分享盛宴中，筆者注意到跟能源與飛行汽車相關的議題，而在此前腦極體也有能源電池與相關飛行汽車內容的輸出呈現。此次WE大會帶來的電池儲能與快充方面的最前沿突破訊息，對之前的飛行汽車和電池內容有很好的補充，還是很值得給讀者朋友們分享的。

儲能與快充的必要

社會各界為什麼要反反覆覆討論電池快充和儲能技術？我們知道人類活動導致的碳排主要來源於化石燃料的消耗。為解決傳統化石能源帶來的能源危機與污染問題，需要開發和應用更加高效、清潔的可再生能源。在自然界我們知道一些可再生能源比如太陽能、風能、水能等，都是間歇性能源。什麼意思呢？就是這些能源的獲取需要相應的條件，不能連續綿延不斷的產能，因此只有通過儲能，才能整合可再生能源，實現連續的、有效的能源利用。

儲能也是實現碳中和的有效的手段之一。拿水力發電來説，在汛期的時候，南方比如四川的很多地方水力發電帶來的電力能源豐富，甚至在汛期有很多的能源都浪費掉了。在枯水期，大規模使用電力資源的時候，需要再運用火力發電、輸能等方式獲得電力。如果在汛期運用儲能的方式將這些電力資源儲備起來，枯水期的時候使用，不用花費財力、能耗生產電力，也能減少能源輸送的損耗。這種對可再生能源的儲存利用可以增強電力供應的彈性和質量，減少碳能源的消耗。

再比如人手必備的手機，五年前充滿電需要六七個小時，現在一個小時的快充就可以充滿電了，充電五分鐘通話兩小時的廣告與體驗也深入人心。能源的轉換與效率得到了極大地提升，3C數碼、新能源汽車、航空航天等都離不開電池與快充技術的支持。縱觀新能源汽車的發展，我們可以發現新能源汽車的里程不斷突破紀錄，從2017年300公里的續航到如今突破千公里級別，以前橫亙在消費者心中的里程焦慮逐步瓦解。里程續航的問題解決了，電動車汽車的快充與抗凍是消費者的新需求。

而這個需求也有成果湧現，在WE大會上，賓夕法尼亞州立大學材料與工程學教授王朝陽介紹，其關於全氣候電池（ACB）技術的研究成果已被2022年北京冬奧運會採用。我們知道新能源汽車冬天趴窩的特性幾乎是阻擋新用户和折磨老用户出行的攔路虎。冬天北方的低温幾乎幹掉所有想要馳騁的新能源汽車，主要的原因就是跟電動車電池性能有關。電動車主要搭載的電池是鋰離子電池，而低温會讓鋰離子電池的性能下降，當温度降到一定程度，電池內部電解液的黏度會像蜂蜜一樣增大甚至凝固，使電池無法正常工作。如果解決掉這個關鍵的問題，新能源汽車的規模發展將革新重塑汽車百年的行業。

但是讓鋰電池具有良好的低温性能，同時又安全性高、成本低、充電速度快，是該領域內一個高難度的挑戰。

變身完美電池要攀登的珠峯

電池的發展已經走過快兩百年的歷史，如今鋰離子電池是最為出眾的二次儲能電池，因為其高工作電壓、快速充放電特性、長循環壽命、無記憶效應等眾多優點，成為當今數碼產品及電動汽車大規模應用的第一選擇，其他的作為儲能的電池也有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等。

雖然鋰離子電池的性能優秀但發展也有其難以跨越的挑戰與障礙。電池與儲能技術目前面臨的挑戰主要包括：

1.對原材料的要求，對於自然界中的間歇性能源和人類數智產品的需求，需要開發大規模的高效儲能裝置，這個需求龐大，需要非常豐富以及成本低廉的原材料。

2.安全性的要求，關於電池的爆炸新聞以及帶來的損失，讓人心有餘悸，無論是在馳騁的電動車還是各種數碼產品，高能易燃的電池都離人類太近，需要其極高的安全性以保障人們的生命財產安全

3.對電池性能的要求，極端的環境下必須保持良好的性能、壽命以及安全性，比如在高温天氣和低温天氣中，如何保障電池正常的工作。

電池的結構特性侷限了電池的性能，現有的電池結構是電池衰老和存在安全隱患的根本原因。電池發電的原理是兩個電極材料在電解液中相互交換離子，但是因為這個結構也會使得其反應界面一直存在，電池一直在工作容易衰老並且也有安全隱患。

想要讓電池低温高活性與高温穩定性的需求矛盾無解，舉例來説，電動汽車在冬天趴窩就是因為電池在低温情境下，性能失效的緣故。材料科學家和電池工程師在電池材料上提出了許多辦法。例如在電解液當中摻入大量有機溶劑，來降低電解液的凝固温度。然而這樣卻造成電解液更加易燃，犧牲了電池的安全性。也有科學家嘗試更換電極材料，但是電池的能量提升了，卻無法抵抗熱失控；快充的話，又會導致電池界面的火性太高，也無法保障其安全性。從優化電池管理的系統思路上解決，卻帶來了能量密度的下降與單位成本的增加。

似乎電池也有魚和熊掌不能兼得的障礙，能量密度、安全、快速充電等特點不能完美的集成在電池身上。

動力電池：逐漸消失的消費制約

面對里程焦慮與電量焦慮，王朝陽院士的團隊帶來了新的解決方案——全天候電池。對於低温下鋰電池如何保持良好的性能同時安全性與能量密度損失較小，現在的解決方案原理是通過可行性的熱調控，利用瞬間熱刺激，把電池內部的電化學界面調大調強，這個過程大概需要10~30秒鐘，大約消耗1%~3%的電量。

電池在不用的時候，化學界面保持最低的水平，保障電池的絕對安全和最低的老化速率，工作的時候用熱刺激把電池裏面的反應界面瞬間調大、調強提供高功率快充能力，使其在低温環境保持良好的性能。電池工作完成後，自然狀態下，温度在5分鐘之內降到室外温度，回到安全穩定的初始狀態。而這個調控原理適用於所有化學和材料體系，包括鋰離子電池，鋰金屬電池，全固態電池。

全氣候電池克服電池低温問題，徹底解決了電動汽車在冬季續駛里程急劇下降、無法啓動、性能衰減、安全隱患等諸多難題，對電動汽車的發展具有里程碑的意義。在2022年的冬奧會上，全天候電池也會成為冬奧會電動汽車的抗凍“心臟”， 該技術也入選了2022年度汽車十大技術趨勢之一。

電動汽車要滿足冬奧會低温環境的出行需求外，還需快速充電的能力。王朝陽院士在2019年發佈的一項快充技術，10分鐘充電可讓電動汽車充滿80%，續航300公里到400公里，並且經過2500次充放電後，電池容量只有8.3%的損耗。而在當前的電池技術水平下，即使快充也需要30分鐘，充電到電池容量的80%；慢充則需要6-8小時，要想把電池充到100%則需要更久的時間。

要實現快充，電池的活性必須足夠高，使用電池自加熱技術可以實現，有效地減少車載電池成本和原材料的消耗。而現在全氣候電池已經可以做到。不過全天候電池並不是終極電池的模樣。王朝陽院士介紹稱，第二代熱調控磷酸鐵鋰電池在研發的路上。目前實驗的進度已經做到了300瓦時每公斤的能量密度，而成本據悉有望降至每瓦3毛5，不需要熱管理系統。可以10分鐘快充，不怕冷，不含鈷等污染元素。

終極電池的模樣也會加快飛行汽車的到來。飛行汽車可以實現商業化，最重要的先決條件是高能量密度和快速補能的電池技術，而二代熱調控磷酸鐵鋰實驗開了個好頭，其可行性和經濟性有希望實現飛行汽車落地的可能。

電池這些前沿技術的變化也給業界電池的發展探索帶來了新的思路。快充電池的突破發展也是電動汽車的里程碑，未來大規模應用下，電動汽車的消費就不再有各種顧慮。新能源電動車將會全面替代燃油車，不僅降低能源的消耗也會更快地實現碳中和的目標。

在WE大會上，王朝陽院士稱未來退休前的夢想是讓私人飛行汽車在15分鐘內把人送到辦公室。這個夢想我想也是所有人想要實現的未來，炫酷的飛行汽車會作為公共交通的補充普惠給大眾，讓出行更加簡單。