電動汽車普及的關鍵：減少續航里程 - 《華爾街日報》

如果電動汽車的價格能比現在低得多，充電時間與加滿一箱油相當，並且大幅減少目前制約其產量的稀缺材料使用量，那會怎樣？

這正是部分專家認為我們應該關注的未來方向。多年來，電動車消費者被灌輸了一個首要考量指標：單次充電能跑多遠？按照這種邏輯，續航里程越長越好，否則消費者就會陷入"里程焦慮"——擔心電量耗盡被困路邊卻找不到充電站。

如今，研究全球14億輛汽車電動化轉型的專家指出，追求更大電池組和更長續航的發展思路是錯誤的。他們認為，應該轉向銷售配備小型電池組、縮短續航但支持快速充電的車型。

實現這一目標需要突破重大障礙——包括髮展尚不成熟的電池技術，以及建設覆蓋廣泛的快充網絡。但潛在收益將非常可觀。

其核心在於：對於城市通勤等主要使用場景，快速充電的電動車將優於當前大電池慢充車型。這類快充電動車的價格也可能顯著低於現有產品。即便電池價格維持現狀，最終甚至可能實現電動車比同級燃油車更便宜。

如今的電池是導致電動汽車對許多人來説仍難以負擔的最大單一因素。製造能力不足，而電池成本在經歷數十年的快速下降後終於趨於平穩。2022年，電池成本實際上比2021年略有上升。增加更多電池以延長續航不僅會提高汽車成本，還會增加重量，降低能效。此外，製造電池所需的原材料長期供應不足，這意味着產能可能長期受限。

超快充電的潛力與風險

美國能源部高級研究計劃署（ARPA-E）是美國政府機構，負責向處於私人投資為時過早階段的突破性能源技術研究人員發放資助。它的模式仿效了國防部研究機構DARPA，後者曾資助從GPS到互聯網等眾多技術的發展。

哈勒·奇斯曼是商業電池行業40年的資深人士，過去兩年一直領導着一個ARPA-E項目，旨在使電動汽車更經濟實惠、更易獲得。為了解釋比當今充電速度快得多的電動汽車的潛力，奇斯曼博士創建了一個簡單的模型。

起亞高管表示，美國有限的充電基礎設施意味着像該公司EV6跨界SUV這樣的電動車，在最佳條件下充電速度往往遠低於其潛在能力。圖片來源：Marcio Jose Sanchez/美聯社想象兩輛車進行從奧蘭多到華盛頓特區約860英里的公路旅行。一輛車續航300英里，充滿電約需一小時，這與當前許多快速充電電動車在充電站補充電量的典型時長相當。另一輛車電池容量僅一半，續航150英里，但15分鐘即可充滿。即使算上因更頻繁停靠而上下高速的額外時間，續航減半但充電速度快四倍的車輛仍比其更重更昂貴的對手快約20分鐘。

實際上，美國司機更多將車輛用於日常通勤而非長途旅行，但他們可能想要快速充電電動車的其他原因包括：超過三分之一的人沒有車庫停放車輛——而大多數電動車車主通常在此充電。若電動車充電時間僅略長於現在加滿油箱的時間，將使這些車輛更具吸引力。

部分電動車已實現快速充電——但有條件

若你聽取保時捷Taycan和特斯拉Model Y等當前最快充電電動車的營銷説辭，可能會誤以為ARPA-E及全球其他機構資助的那種快速充電技術已然實現。

例如，2023款起亞EV6電動跨界SUV續航里程達310英里，若連接超快"直流快充樁"，僅需18分鐘即可從10%充至80%。

這些數據的侷限性在於其前提是必須有可用的直流快充樁，且充電樁能以最大額定功率輸出。但能為EV6提供滿功率充電的直流快充樁在美國大部分地區都很罕見，大城市外存在大片"充電荒漠。即便找到充電樁，受室外温度、電池狀態以及同一充電站是否有其他車輛充電等因素影響，車輛通常無法以最大速度充電。

起亞汽車美國公司長期規劃與戰略主管史蒂夫·科索夫斯基表示，雖然公司收集的充電數據顯示許多車輛能達到最大額定充電功率，但與其他車企一樣，起亞也對美國充電網絡現狀感到沮喪。美國最快的充電樁常因技術問題降速運行，包括電纜過熱或電力供應不足等問題。

2021年11月簽署生效的基礎設施法案預留了75億美元，旨在通過公私合作投資，最終在美國建設50萬個充電站。該計劃將優先建設快速充電樁，但各州過去在這方面進展艱難。

建設最快的充電樁可能成本高昂且會給當地電網帶來壓力，需要進行升級改造。

保時捷稱其Taycan（上圖攝於德國斯圖加特工廠組裝線）是當今市場上充電最快的電動車之一。圖片來源：克里斯蒂安·博奇/彭博新聞根據美國能源部數據，目前美國擁有近5萬個公共充電樁，但僅有約6600個快速充電樁，其中約1600個屬於特斯拉。作為對比，美國約有14.5萬座加油站。尚不清楚聯邦政府計劃建設的充電樁中有多少屬於快速充電樁。

此外，雖然非特斯拉電動車現在可以使用特斯拉快充站，但許多車主發現由於插頭不兼容或充電線過短等問題，實際操作困難甚至無法完成充電。

電池技術亟需突破

奇斯曼博士指出，即便美國最終建成足夠多的快速充電站，以目前的電池技術仍無法實現車輛充電時間穩定控制在15分鐘以內。

多項前景廣闊的技術有望大幅提升充電速度。奇斯曼博士解釋道，當前限制多數電池充電速度的關鍵在於負極材料化學特性。電動汽車電池普遍採用石墨負極，但該材料正日益稀缺且價格昂貴。

用硅材料替代石墨是提升充電速度的有效途徑之一。這兩種材料在充電時都會像海綿般吸收鋰離子，但硅材料的吸收能力可達十倍，這意味着其離子吸收速度更快。

馬里蘭大學能源創新研究所所長埃裏克·瓦克斯曼提出另一種可能方案：轉向使用"鋰金屬"電池，這種材料可應用於固態電池。與常規電池不同，固態電池不含電解液。瓦克斯曼實驗室研發的固態電池技術（獲聯邦資金支持）已成為馬里蘭州初創企業Ion Storage的技術基礎。他解釋道，傳統電池快充會導致鋰金屬在負極表面析出，致使電池失效；而固態電池本身採用金屬態鋰，其傳輸機制與液態電池不同，從而規避了析鋰問題。

即使電池設計沒有突破，工程師和汽車製造商也可能讓我們更接近通用快速充電的夢想。在聯邦研究實驗室愛達荷國家實驗室，科學家們發現，通過使用複雜軟件調節輸入車輛電池的電流強度，可以安全地為現有車輛實現更快充電。參與該研究的科學家埃裏克·杜菲克表示，這種方法能以當前大多數車載電池額定充電速度的1.5至2倍進行充電。

梅賽德斯超輕量化EQXX概念車是迄今空氣動力學性能最佳的乘用車之一，這使得它能使用更小更輕的電池。圖片來源：梅賽德斯-奔馳多家公司已在研發配備更小電池的輕型車輛，例如初創公司Aptera推出的超輕量三輪電動車，以及梅賽德斯EQXX原型車。即使在電動車時代，能效依然至關重要，這些車型的能源效率遠超當今市面最節能的量產電動車。奇斯曼博士指出，這些車輛採用的超低風阻和滾動阻力等創新技術，結合小型電池，未來可能催生符合ARPA-E資助目標的平價電動車。

從事電池研發的人員堅信，更優質的電池將很快應用於您身邊的電動汽車。杜菲克博士表示，在經歷了數十年大多數電池基本沿用1991年首款商用鋰離子電池的化學配方後，“整體而言，電池技術的發展速度已遠超以往”。

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聯繫作者克里斯托弗·米姆斯，郵箱：[email protected]

本文發表於2022年12月17日印刷版，原標題為《不斷縮小的電動汽車電池》