QuantumScape計劃如何緩解電池供應鏈壓力-彭博社

由布魯克林公司Hevo Inc.製造的無線電動汽車充電器。

Hevo提供

亞馬遜訂單中心傳送帶上的箱子。

攝影師：Brent Lewin/Bloomberg由大眾汽車集團和比爾·蓋茨支持的固態電池初創公司QuantumScape Corp.表示，其能夠使用鐵基化學成分而非鎳來製造電池組件，有助於減輕其在試圖擴大技術規模時所面臨的原材料成本飆升的壓力。過去一年，像鎳和鋰這樣的關鍵電池金屬價格飆升，威脅到了長期以來推動全球電動汽車普及的趨勢。更高的原材料成本可能會使鋰離子電池組件的平均價格在今年達到每千瓦時135美元，這是十多年來的首次漲價，根據清潔能源研究機構BloombergNEF的數據顯示。總部位於加利福尼亞州聖何塞的QuantumScape正在擴大其原型電池的生產規模，這些電池從無陽極材料開始，使用陶瓷隔膜來幫助離子在充電和放電時來回移動。電池有三個主要組成部分：兩個電極 — 陽極和陰極 — 以及幫助它們之間傳遞電荷的電解質。用於製造它們的材料決定了電池可以存儲多少能量以及成本。QuantumScape首席執行官賈德普·辛格在週三於紐約舉行的彭博綠色峯會接受採訪時表示：“在陰極方面，我們受到與其他人相同的供應鏈限制。”“然而，我們的架構對陰極不限，因此我們可以從鎳轉向鐵，”他説。“當你將基於鐵的陰極與我們的鋰金屬陽極結合時，你會獲得50%的能量密度增加，”他補充道，因此這使它們成為鎳的“可行替代品”。QuantumScape的技術雖然很有前景，但仍需證明其能夠大規模生產新電池。該公司於2020年底進行了一次反向合併後上市。憑藉其下一代技術的承諾，該公司的估值已飆升至近500億美元，這可能通過為汽車製造商提供比鋰離子電池更安全、更便宜的替代品，從而大幅加速電動汽車的普及。自那時以來，該公司受到做空者的壓力，對其前景表示懷疑，股價從2020年12月的高點暴跌了89%。截至紐約時間下午1:16，股價上漲了2.6%，達到14.74美元。辛格表示，儘管受到社交媒體上的“噴子”和做空者的攻擊，但他並不後悔將公司上市，因為他已經籌集了超過10億美元來支持他的努力。他説：“這絕對是積極的，因為我們可以獲得比私人市場更大的資本池。”“電池生產需要大量資本，建造工廠並不便宜。”

不久的將來，插電汽車可能不再需要插頭。電動汽車駕駛員只需在需要充電時駛入專用停車位，等待儀表盤上的燈亮起，然後下車繼續他們的一天。

這就是無線電動汽車充電的承諾，一種電子的感應傳輸，將消除所有那些討厭的電纜需求。多家初創公司多年來一直致力於使無線充電成為主流，隨着電動汽車的普及，推動實現這一夢想的勢頭正在增強。公司正在圍繞標準化技術匯聚，汽車製造商正在進行無線實驗，市政府正在制定用例。甚至特斯拉公司也表現出興趣。

但仍然存在重大障礙，其中主要問題包括充電速度慢以及需要資金和興趣來建設充電站並吸引更多汽車製造商加入。雖然在紙面上無需電纜充電聽起來很棒，但該技術面臨着與公共插座推出同樣的悖論：更強烈的消費者需求可能會促使汽車公司採用無線充電，但電動汽車需求的增長在一定程度上受到對公共充電的焦慮的阻礙。

“如果我是一家汽車製造商，我可能會因為目前沒有無線充電器而不願意將其安裝在車輛上，”美國能源部車輛技術辦公室電氣化研發項目經理邁克爾·韋斯米勒説道。“你真的必須看到基礎設施和車輛同時部署，才能最終讓這個想法變得合理。”

由WiTricity公司製造的無線充電器為福特野馬Mach-E充電。WiTricity提供無線充電，或稱感應式電動汽車充電，通過利用磁共振和充電墊來產生傳輸電力的場。當汽車下方的接收線圈與充電墊上的線圈對齊時，接收器捕獲能量並將其傳輸到汽車的電池中。這項技術類似於無線手機充電，也需要一個接收器和對齊的線圈；但電動汽車系統可以在高達10英寸（250毫米）的距離內工作。

然而，速度是一個問題。大多數無線充電器與家用Level 2充電器（您在家中使用的那種）相當，而不是許多公共站點提供的直流快速充電器。電動汽車還需要在設計時考慮無線充電。儘管對電動汽車進行改裝是可行的，但實際操作中可能會使汽車的電池保修失效，Wood Mackenzie的分析師Amaiya Khardenavis表示。

對於汽車製造商來説，啓用無線充電仍然難以證明其合理性：它成本高昂，目前還沒有充電站使其成為吸引汽車買家的有力賣點。馬薩諸塞州WiTricity公司首席執行官Alex Gruzen表示，他公司的無線充電功能將使汽車製造商每輛車花費數百美元，消費者至少需要支付2500美元起步 —— 他認為這兩個數字在未來五年內會下降。

這些障礙意味着，至少目前，無線電動汽車充電主要存在於試點項目中。中國和韓國的一些汽車製造商正在對新型乘用車進行這項技術的測試，但許多無線充電試點項目都是針對商用車輛的，這些車輛往往有固定路線和在固定停車位過夜充電的便利條件。

“您可以在整個一天的特定路線上部署充電器，”電動汽車分析公司EVAdoption的創始人兼首席執行官洛倫·麥克唐納説。

今年夏天，WiTricity計劃在E-Z-GO和ICON EV高爾夫球車和輕型車上推出其Halo無線系統，之前在改裝車輛上展示了這項技術，比如Ford的野馬Mach-E。該公司的投資者包括三菱商事和西門子公司，WiTricity與韓國KG Mobility生產的汽車合作展示無線充電技術。WiTricity表示，乘用車使用其技術每小時可獲得高達35英里的充電。

“充電仍然是電動汽車買家擔心的重要問題之一，我們讓充電成為背景中的一件事，”Gruzen説。

在洛杉磯縣，羚羊谷交通管理局使用Wave Charging生產的感應系統來為其電動公交車隊提供動力。該機構擁有15個Wave無線充電站 —— 在其辦公室設有一個，沿着公交線路設有14個 —— 根據AVTA營銷總監詹姆斯·羅亞爾説。Wave的銷售和營銷副總裁本傑明·奧斯蘭德説，僅充電5分鐘使用250千瓦的充電器就可以增加平均10英里的續航里程。“這使得公交車可以在一天中保持運營而無需返回車場，”他説。Wave在北美部署了50多個充電墊，並獲得了美國能源部的資助，用於研發一款用於卡車的500千瓦快速充電器。

印第安納波利斯也在為其電動公交車使用無線充電技術，這些公交車是由中國電動汽車巨頭比亞迪公司製造的。2019年，該市與賓夕法尼亞州的充電初創公司InductEV（當時稱為Momentum Dynamics Corp.）合作。

總部位於布魯克林的無線充電初創公司Hevo Inc. 正在與美國能源部奧克嶺國家實驗室和斯泰蘭蒂斯汽車公司合作，在去年與一款二級無線充電器完成演示後，試驗一款50千瓦的無線系統。Hevo還與奧克嶺合作開發了一款300千瓦的無線快速充電器，公司CEO Jeremy McCool表示。

對於乘用車無線充電潛力的最重要信號可能是特斯拉設計總監弗蘭茲·馮·霍爾茨豪森在去年12月確認，該公司正在研發自己的無線充電技術。馮·霍爾茨豪森在YouTube系列節目“傑伊·萊諾的車庫”中表示：“我們正在研發感應充電技術，所以在那一點上你甚至不需要插入任何東西 —— 只需駛入車庫，駛過充電墊，就可以充電了。”在一次露面中。

特斯拉的信心投票也激發了其他汽車製造商的興趣。McCool表示：“這是一個重要的警鐘。在此之前，無線充電仍被視為邊緣技術。現在它已成為一種趨勢性技術。”

標準化還可以幫助提高採用率。2022年，SAE國際 — 一個由工程師和技術運輸專家組成的協會 — 完成了 針對輕型車輛的固定無線充電的第一個標準，這個類別包括乘用車。該標準涵蓋了從安全充電速度（高達11千瓦）到互操作性和性能的所有內容。

“這意味着……公寓樓可以建設充電樁，” Gruzen説。“這意味着停車場、街邊停車位，都可以採用那些專門從事這類公共基礎設施的公司提供的無線充電。汽車製造商可以專注於製造兼容的汽車。”

SAE還發佈了指南，儘管不是最終標準，用於重型車輛以高達500千瓦的速度進行無線充電。美國能源部已經達成協議，在猶他州的UPS路線和幾個沃爾瑪門店演示該技術。“最終是卡車製造商和汽車製造商必須弄清楚這對他們是否有意義，” Weismiller説。

WiTricity最近在拉斯維加斯的消費電子展上推出了一款用於高爾夫球車和低速車輛的無線充電產品。WiTricity提供目前，絕大多數投資仍然流向傳統的電動汽車充電樁，儘管美國聯邦和州議員正在推動撥款 來擴大無線充電。根據美國能源部的數據，美國現在有超過9,000個公共快速充電站和超過53,000個二級充電站。隨着各州開始部署500億美元的聯邦資金，預計會有更多充電站投入使用。

但專家表示，未來汽車技術的發展 — 尤其是自動駕駛 — 可能會加強無線充電的論點。 SAE目前正在制定一種標準方法，用於將電動汽車與充電墊對齊，當汽車開始自行駕駛和停車時，這將尤為關鍵。

在墊子上給電動汽車充電並非充電的最終前沿。 SAE計劃更新其輕型車輛標準，以包括雙向充電，這使汽車可以向電網供電。 Gruzen表示，WiTricity的下一代無線充電組件將是雙向的；他預計將在今年晚些時候開始向汽車製造商銷售。

SAE還在制定技術指南，用於所謂的“動態感應充電” — 即在車輛行駛時無需插頭充電。 這項技術，可以將街道本身變成充電墊，目前仍處於起步階段。 以色列公司Electreon在底特律的一段長約四分之一英里的道路上測試了動態充電。 本月早些時候，Stellantis表示，其計劃於2028年投產的Chrysler Halcyon Concept EV將配備動態無線充電功能。

在過去的幾十年裏，美國人對回收利用的看法已經下滑。 儘管絕大多數美國人仍然認為回收對環境是有益的，越來越多的人對回收計劃的實際效果失去信心。 特別是塑料回收因未能處理大量材料而受到批評。

但塑料並不是唯一的問題。隨着電子商務習慣的演變和包裹遞送量的增加，美國的紙張和紙板回收業正面臨困境。美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的一項最新研究發現，在2019年管理的1.1億噸紙張和紙板廢物中，有6200萬噸（56%）最終被填埋。