电动汽车普及的关键：减少续航里程 - 《华尔街日报》

如果电动汽车的价格能比现在低得多，充电时间与加满一箱油相当，并且大幅减少目前制约其产量的稀缺材料使用量，那会怎样？

这正是部分专家认为我们应该关注的未来方向。多年来，电动车消费者被灌输了一个首要考量指标：单次充电能跑多远？按照这种逻辑，续航里程越长越好，否则消费者就会陷入"里程焦虑"——担心电量耗尽被困路边却找不到充电站。

如今，研究全球14亿辆汽车电动化转型的专家指出，追求更大电池组和更长续航的发展思路是错误的。他们认为，应该转向销售配备小型电池组、缩短续航但支持快速充电的车型。

实现这一目标需要突破重大障碍——包括发展尚不成熟的电池技术，以及建设覆盖广泛的快充网络。但潜在收益将非常可观。

其核心在于：对于城市通勤等主要使用场景，快速充电的电动车将优于当前大电池慢充车型。这类快充电动车的价格也可能显著低于现有产品。即便电池价格维持现状，最终甚至可能实现电动车比同级燃油车更便宜。

如今的电池是导致电动汽车对许多人来说仍难以负担的最大单一因素。制造能力不足，而电池成本在经历数十年的快速下降后终于趋于平稳。2022年，电池成本实际上比2021年略有上升。增加更多电池以延长续航不仅会提高汽车成本，还会增加重量，降低能效。此外，制造电池所需的原材料长期供应不足，这意味着产能可能长期受限。

超快充电的潜力与风险

美国能源部高级研究计划署（ARPA-E）是美国政府机构，负责向处于私人投资为时过早阶段的突破性能源技术研究人员发放资助。它的模式仿效了国防部研究机构DARPA，后者曾资助从GPS到互联网等众多技术的发展。

哈勒·奇斯曼是商业电池行业40年的资深人士，过去两年一直领导着一个ARPA-E项目，旨在使电动汽车更经济实惠、更易获得。为了解释比当今充电速度快得多的电动汽车的潜力，奇斯曼博士创建了一个简单的模型。

起亚高管表示，美国有限的充电基础设施意味着像该公司EV6跨界SUV这样的电动车，在最佳条件下充电速度往往远低于其潜在能力。图片来源：Marcio Jose Sanchez/美联社想象两辆车进行从奥兰多到华盛顿特区约860英里的公路旅行。一辆车续航300英里，充满电约需一小时，这与当前许多快速充电电动车在充电站补充电量的典型时长相当。另一辆车电池容量仅一半，续航150英里，但15分钟即可充满。即使算上因更频繁停靠而上下高速的额外时间，续航减半但充电速度快四倍的车辆仍比其更重更昂贵的对手快约20分钟。

实际上，美国司机更多将车辆用于日常通勤而非长途旅行，但他们可能想要快速充电电动车的其他原因包括：超过三分之一的人没有车库停放车辆——而大多数电动车车主通常在此充电。若电动车充电时间仅略长于现在加满油箱的时间，将使这些车辆更具吸引力。

部分电动车已实现快速充电——但有条件

若你听取保时捷Taycan和特斯拉Model Y等当前最快充电电动车的营销说辞，可能会误以为ARPA-E及全球其他机构资助的那种快速充电技术已然实现。

例如，2023款起亚EV6电动跨界SUV续航里程达310英里，若连接超快"直流快充桩"，仅需18分钟即可从10%充至80%。

这些数据的局限性在于其前提是必须有可用的直流快充桩，且充电桩能以最大额定功率输出。但能为EV6提供满功率充电的直流快充桩在美国大部分地区都很罕见，大城市外存在大片"充电荒漠。即便找到充电桩，受室外温度、电池状态以及同一充电站是否有其他车辆充电等因素影响，车辆通常无法以最大速度充电。

起亚汽车美国公司长期规划与战略主管史蒂夫·科索夫斯基表示，虽然公司收集的充电数据显示许多车辆能达到最大额定充电功率，但与其他车企一样，起亚也对美国充电网络现状感到沮丧。美国最快的充电桩常因技术问题降速运行，包括电缆过热或电力供应不足等问题。

2021年11月签署生效的基础设施法案预留了75亿美元，旨在通过公私合作投资，最终在美国建设50万个充电站。该计划将优先建设快速充电桩，但各州过去在这方面进展艰难。

建设最快的充电桩可能成本高昂且会给当地电网带来压力，需要进行升级改造。

保时捷称其Taycan（上图摄于德国斯图加特工厂组装线）是当今市场上充电最快的电动车之一。图片来源：克里斯蒂安·博奇/彭博新闻根据美国能源部数据，目前美国拥有近5万个公共充电桩，但仅有约6600个快速充电桩，其中约1600个属于特斯拉。作为对比，美国约有14.5万座加油站。尚不清楚联邦政府计划建设的充电桩中有多少属于快速充电桩。

此外，虽然非特斯拉电动车现在可以使用特斯拉快充站，但许多车主发现由于插头不兼容或充电线过短等问题，实际操作困难甚至无法完成充电。

电池技术亟需突破

奇斯曼博士指出，即便美国最终建成足够多的快速充电站，以目前的电池技术仍无法实现车辆充电时间稳定控制在15分钟以内。

多项前景广阔的技术有望大幅提升充电速度。奇斯曼博士解释道，当前限制多数电池充电速度的关键在于负极材料化学特性。电动汽车电池普遍采用石墨负极，但该材料正日益稀缺且价格昂贵。

用硅材料替代石墨是提升充电速度的有效途径之一。这两种材料在充电时都会像海绵般吸收锂离子，但硅材料的吸收能力可达十倍，这意味着其离子吸收速度更快。

马里兰大学能源创新研究所所长埃里克·瓦克斯曼提出另一种可能方案：转向使用"锂金属"电池，这种材料可应用于固态电池。与常规电池不同，固态电池不含电解液。瓦克斯曼实验室研发的固态电池技术（获联邦资金支持）已成为马里兰州初创企业Ion Storage的技术基础。他解释道，传统电池快充会导致锂金属在负极表面析出，致使电池失效；而固态电池本身采用金属态锂，其传输机制与液态电池不同，从而规避了析锂问题。

即使电池设计没有突破，工程师和汽车制造商也可能让我们更接近通用快速充电的梦想。在联邦研究实验室爱达荷国家实验室，科学家们发现，通过使用复杂软件调节输入车辆电池的电流强度，可以安全地为现有车辆实现更快充电。参与该研究的科学家埃里克·杜菲克表示，这种方法能以当前大多数车载电池额定充电速度的1.5至2倍进行充电。

梅赛德斯超轻量化EQXX概念车是迄今空气动力学性能最佳的乘用车之一，这使得它能使用更小更轻的电池。图片来源：梅赛德斯-奔驰多家公司已在研发配备更小电池的轻型车辆，例如初创公司Aptera推出的超轻量三轮电动车，以及梅赛德斯EQXX原型车。即使在电动车时代，能效依然至关重要，这些车型的能源效率远超当今市面最节能的量产电动车。奇斯曼博士指出，这些车辆采用的超低风阻和滚动阻力等创新技术，结合小型电池，未来可能催生符合ARPA-E资助目标的平价电动车。

从事电池研发的人员坚信，更优质的电池将很快应用于您身边的电动汽车。杜菲克博士表示，在经历了数十年大多数电池基本沿用1991年首款商用锂离子电池的化学配方后，“整体而言，电池技术的发展速度已远超以往”。

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联系作者克里斯托弗·米姆斯，邮箱：[email protected]

本文发表于2022年12月17日印刷版，原标题为《不断缩小的电动汽车电池》