QuantumScape计划如何缓解电池供应链压力-彭博社

由布鲁克林公司Hevo Inc.制造的无线电动汽车充电器。

Hevo提供

亚马逊订单中心传送带上的箱子。

摄影师：Brent Lewin/Bloomberg由大众汽车集团和比尔·盖茨支持的固态电池初创公司QuantumScape Corp.表示，其能够使用铁基化学成分而非镍来制造电池组件，有助于减轻其在试图扩大技术规模时所面临的原材料成本飙升的压力。过去一年，像镍和锂这样的关键电池金属价格飙升，威胁到了长期以来推动全球电动汽车普及的趋势。更高的原材料成本可能会使锂离子电池组件的平均价格在今年达到每千瓦时135美元，这是十多年来的首次涨价，根据清洁能源研究机构BloombergNEF的数据显示。总部位于加利福尼亚州圣何塞的QuantumScape正在扩大其原型电池的生产规模，这些电池从无阳极材料开始，使用陶瓷隔膜来帮助离子在充电和放电时来回移动。电池有三个主要组成部分：两个电极 — 阳极和阴极 — 以及帮助它们之间传递电荷的电解质。用于制造它们的材料决定了电池可以存储多少能量以及成本。QuantumScape首席执行官贾德普·辛格在周三于纽约举行的彭博绿色峰会接受采访时表示：“在阴极方面，我们受到与其他人相同的供应链限制。”“然而，我们的架构对阴极不限，因此我们可以从镍转向铁，”他说。“当你将基于铁的阴极与我们的锂金属阳极结合时，你会获得50%的能量密度增加，”他补充道，因此这使它们成为镍的“可行替代品”。QuantumScape的技术虽然很有前景，但仍需证明其能够大规模生产新电池。该公司于2020年底进行了一次反向合并后上市。凭借其下一代技术的承诺，该公司的估值已飙升至近500亿美元，这可能通过为汽车制造商提供比锂离子电池更安全、更便宜的替代品，从而大幅加速电动汽车的普及。自那时以来，该公司受到做空者的压力，对其前景表示怀疑，股价从2020年12月的高点暴跌了89%。截至纽约时间下午1:16，股价上涨了2.6%，达到14.74美元。辛格表示，尽管受到社交媒体上的“喷子”和做空者的攻击，但他并不后悔将公司上市，因为他已经筹集了超过10亿美元来支持他的努力。他说：“这绝对是积极的，因为我们可以获得比私人市场更大的资本池。”“电池生产需要大量资本，建造工厂并不便宜。”

不久的将来，插电汽车可能不再需要插头。电动汽车驾驶员只需在需要充电时驶入专用停车位，等待仪表盘上的灯亮起，然后下车继续他们的一天。

这就是无线电动汽车充电的承诺，一种电子的感应传输，将消除所有那些讨厌的电缆需求。多家初创公司多年来一直致力于使无线充电成为主流，随着电动汽车的普及，推动实现这一梦想的势头正在增强。公司正在围绕标准化技术汇聚，汽车制造商正在进行无线实验，市政府正在制定用例。甚至特斯拉公司也表现出兴趣。

但仍然存在重大障碍，其中主要问题包括充电速度慢以及需要资金和兴趣来建设充电站并吸引更多汽车制造商加入。虽然在纸面上无需电缆充电听起来很棒，但该技术面临着与公共插座推出同样的悖论：更强烈的消费者需求可能会促使汽车公司采用无线充电，但电动汽车需求的增长在一定程度上受到对公共充电的焦虑的阻碍。

“如果我是一家汽车制造商，我可能会因为目前没有无线充电器而不愿意将其安装在车辆上，”美国能源部车辆技术办公室电气化研发项目经理迈克尔·韦斯米勒说道。“你真的必须看到基础设施和车辆同时部署，才能最终让这个想法变得合理。”

由WiTricity公司制造的无线充电器为福特野马Mach-E充电。WiTricity提供无线充电，或称感应式电动汽车充电，通过利用磁共振和充电垫来产生传输电力的场。当汽车下方的接收线圈与充电垫上的线圈对齐时，接收器捕获能量并将其传输到汽车的电池中。这项技术类似于无线手机充电，也需要一个接收器和对齐的线圈；但电动汽车系统可以在高达10英寸（250毫米）的距离内工作。

然而，速度是一个问题。大多数无线充电器与家用Level 2充电器（您在家中使用的那种）相当，而不是许多公共站点提供的直流快速充电器。电动汽车还需要在设计时考虑无线充电。尽管对电动汽车进行改装是可行的，但实际操作中可能会使汽车的电池保修失效，Wood Mackenzie的分析师Amaiya Khardenavis表示。

对于汽车制造商来说，启用无线充电仍然难以证明其合理性：它成本高昂，目前还没有充电站使其成为吸引汽车买家的有力卖点。马萨诸塞州WiTricity公司首席执行官Alex Gruzen表示，他公司的无线充电功能将使汽车制造商每辆车花费数百美元，消费者至少需要支付2500美元起步 —— 他认为这两个数字在未来五年内会下降。

这些障碍意味着，至少目前，无线电动汽车充电主要存在于试点项目中。中国和韩国的一些汽车制造商正在对新型乘用车进行这项技术的测试，但许多无线充电试点项目都是针对商用车辆的，这些车辆往往有固定路线和在固定停车位过夜充电的便利条件。

“您可以在整个一天的特定路线上部署充电器，”电动汽车分析公司EVAdoption的创始人兼首席执行官洛伦·麦克唐纳说。

今年夏天，WiTricity计划在E-Z-GO和ICON EV高尔夫球车和轻型车上推出其Halo无线系统，之前在改装车辆上展示了这项技术，比如Ford的野马Mach-E。该公司的投资者包括三菱商事和西门子公司，WiTricity与韩国KG Mobility生产的汽车合作展示无线充电技术。WiTricity表示，乘用车使用其技术每小时可获得高达35英里的充电。

“充电仍然是电动汽车买家担心的重要问题之一，我们让充电成为背景中的一件事，”Gruzen说。

在洛杉矶县，羚羊谷交通管理局使用Wave Charging生产的感应系统来为其电动公交车队提供动力。该机构拥有15个Wave无线充电站 —— 在其办公室设有一个，沿着公交线路设有14个 —— 根据AVTA营销总监詹姆斯·罗亚尔说。Wave的销售和营销副总裁本杰明·奥斯兰德说，仅充电5分钟使用250千瓦的充电器就可以增加平均10英里的续航里程。“这使得公交车可以在一天中保持运营而无需返回车场，”他说。Wave在北美部署了50多个充电垫，并获得了美国能源部的资助，用于研发一款用于卡车的500千瓦快速充电器。

印第安纳波利斯也在为其电动公交车使用无线充电技术，这些公交车是由中国电动汽车巨头比亚迪公司制造的。2019年，该市与宾夕法尼亚州的充电初创公司InductEV（当时称为Momentum Dynamics Corp.）合作。

总部位于布鲁克林的无线充电初创公司Hevo Inc. 正在与美国能源部奥克岭国家实验室和斯泰兰蒂斯汽车公司合作，在去年与一款二级无线充电器完成演示后，试验一款50千瓦的无线系统。Hevo还与奥克岭合作开发了一款300千瓦的无线快速充电器，公司CEO Jeremy McCool表示。

对于乘用车无线充电潜力的最重要信号可能是特斯拉设计总监弗兰兹·冯·霍尔茨豪森在去年12月确认，该公司正在研发自己的无线充电技术。冯·霍尔茨豪森在YouTube系列节目“杰伊·莱诺的车库”中表示：“我们正在研发感应充电技术，所以在那一点上你甚至不需要插入任何东西 —— 只需驶入车库，驶过充电垫，就可以充电了。”在一次露面中。

特斯拉的信心投票也激发了其他汽车制造商的兴趣。McCool表示：“这是一个重要的警钟。在此之前，无线充电仍被视为边缘技术。现在它已成为一种趋势性技术。”

标准化还可以帮助提高采用率。2022年，SAE国际 — 一个由工程师和技术运输专家组成的协会 — 完成了 针对轻型车辆的固定无线充电的第一个标准，这个类别包括乘用车。该标准涵盖了从安全充电速度（高达11千瓦）到互操作性和性能的所有内容。

“这意味着……公寓楼可以建设充电桩，” Gruzen说。“这意味着停车场、街边停车位，都可以采用那些专门从事这类公共基础设施的公司提供的无线充电。汽车制造商可以专注于制造兼容的汽车。”

SAE还发布了指南，尽管不是最终标准，用于重型车辆以高达500千瓦的速度进行无线充电。美国能源部已经达成协议，在犹他州的UPS路线和几个沃尔玛门店演示该技术。“最终是卡车制造商和汽车制造商必须弄清楚这对他们是否有意义，” Weismiller说。

WiTricity最近在拉斯维加斯的消费电子展上推出了一款用于高尔夫球车和低速车辆的无线充电产品。WiTricity提供目前，绝大多数投资仍然流向传统的电动汽车充电桩，尽管美国联邦和州议员正在推动拨款 来扩大无线充电。根据美国能源部的数据，美国现在有超过9,000个公共快速充电站和超过53,000个二级充电站。随着各州开始部署500亿美元的联邦资金，预计会有更多充电站投入使用。

但专家表示，未来汽车技术的发展 — 尤其是自动驾驶 — 可能会加强无线充电的论点。 SAE目前正在制定一种标准方法，用于将电动汽车与充电垫对齐，当汽车开始自行驾驶和停车时，这将尤为关键。

在垫子上给电动汽车充电并非充电的最终前沿。 SAE计划更新其轻型车辆标准，以包括双向充电，这使汽车可以向电网供电。 Gruzen表示，WiTricity的下一代无线充电组件将是双向的；他预计将在今年晚些时候开始向汽车制造商销售。

SAE还在制定技术指南，用于所谓的“动态感应充电” — 即在车辆行驶时无需插头充电。 这项技术，可以将街道本身变成充电垫，目前仍处于起步阶段。 以色列公司Electreon在底特律的一段长约四分之一英里的道路上测试了动态充电。 本月早些时候，Stellantis表示，其计划于2028年投产的Chrysler Halcyon Concept EV将配备动态无线充电功能。

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但塑料并不是唯一的问题。随着电子商务习惯的演变和包裹递送量的增加，美国的纸张和纸板回收业正面临困境。美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的一项最新研究发现，在2019年管理的1.1亿吨纸张和纸板废物中，有6200万吨（56%）最终被填埋。