Manusia telah mengambil masa hampir 200 tahun, akhirnya boleh memandu kereta elektrik dengan lebih terhormat

Pada forum 'Kuasa Kelengkapan Negara 2026' beberapa hari yang lalu, Akademik Wu Kai, ilmuwan utama CATL, mengemukakan prospek masa depan yang penting: CATL pada masa hadapan akan menumpukan penyelidikan ke atas 'Bateri Litium-Udara'.

Sistem yang dipanggil sebagai arah matlamat teknologi bateri generasi seterusnya ini, had ketepadan tenaga teori hampir 5 hingga 10 kali ganda bateri litium semasa, dalam bahasa mudah bermakna jika bateri ini keluar, enjin pembakaran dalaman pada dasarnya tidak berguna lagi.

Selepas berita ini keluar, ramai lagi di kumpulan peminat kereta yang menjadi panas, mereka yang sedang menunggu bateri pejal naik kenderaan baru untuk bertukar kenderaan, sekarang mempunyai alasan lagi untuk terus menunggu.

Tetapi sebagai orang yang pemerhati jangka panjang industri automotif,看完 berita ini tenang sahaja.

Setelah dari konsep dikeluarkan sehingga kenderaan baru boleh dibeli, di antaranya ada penyelidikan asas, pembesaran kejuruteraan, pengesahan jangka hayat dan beberapa jalan lagi, malah di antaranya ada pertarungan industri yang panjang antara pembekal dan pengeluar kenderaan.

Apatah lagi, di belakang kekacauan ini sebenarnya tersembunyi fakta fizik yang agak kejam — manusia untuk mencari 'penyimpan tenaga elektrik' yang cukup sempurna, sudah bertungkus-lumus di planet ini hampir dua ratus tahun.

Hari ini anda dengar jualan di pusat servis automotif yang mahir mempromosikan Litium Ferro Fosfat, Litium Tiga Elemen, kuasa cas pantas dan waranti bateri, nama-nama ini terdengar penuh futuristik, tetapi perilaku 'mencari tenaga untuk memacu roda' ini, tua mungkin melebihi imaginasi anda.

Hari ini anda bimbang di dewan paparan tentang kuasa cas pantas dan distribusi pencas, wanita Eropa Masyhur seratus tahun dahulu, sebenarnya juga bimbang tentang sejauh mana stesen pertukaran bateri dari rumah.

Sejarah yang lebih lama dari enjin pembakaran dalaman

Tahun ke-11 Pemerintahan Qing Daoguang, iaitu 1831, Faraday menemui fenomena induksi elektromagnet, membina asas teori untuk motor elektrik memacu mekanikal.

Dan pada 1859, ahli fizik Perancis Planté menemui bateri asid plumbum, manusia kali pertama mempunyai bateri yang boleh cas dan lepaskan berulang kali, sekarang kenderaan elektrik benar-benar menjadi mungkin.

1881, ahli penemu Perancis Trouvé menggunakan bateri asid plumbum padan motor Siemens, menghasilkan kenderaan elektrik pengangkutan manusia yang pertama kali dikenali. Kenderaan ini lima tahun lebih awal daripada kenderaan enjin pembakaran dalaman Karl Benz.

Maka secara ketat, kenderaan elektrik bukan pengikut kenderaan bahan api, ia adalah yang berangkat terlebih dahulu.

Dan pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, kenderaan elektrik hidup dengan sangat baik — senyap, tidak memancarkan gas, tidak perlu gandar engkol untuk memulakan, di bandar berjalan jarak pendek sangat anggun.

Jalan raya Amerika sekali masa ada taxi elektrik di mana-mana, kenderaan pos juga guna elektrik, pilihan utama wanita Eropa Masyhur keluar rumah adalah kenderaan elektrik. Dan kerana bateri asid plumbum terlalu berat, bawa pulang cas tidak realiti, banyak bandar besar juga membina stesen pertukaran bateri untuk servis pengguna.

Sebagai sebilangan nama jenama yang anda biasa dengar, pada tempoh ini juga membuat kenderaan elektrik, seperti Porsche Lohner-Porsche Mixte ini, kelajuan maksimum boleh capai 130km/j.

Dan pada beberapa dekad selepas itu, kenderaan elektrik mengalami tempoh perkembangan emas, jualan dan paham pasaran stabil melebihi kenderaan lain.

Tetapi kemudian, pengeluaran massal skala besar kenderaan Model T Ford betul-betul menurunkan harga kenderaan, harga kurang daripada 700 Dolar AS lebih murah hampir dua kali ganda daripada kenderaan elektrik.

Serentak, infrastruktur skala besar presiden Roosevelt mengerahkan tenaga kerja untuk bantuan, membuat permintaan perjalanan jarak jauh lebuhraya antarabenua meningkat, ditambah harga minyak turun, kenderaan elektrik asid plumbum terus tergugat, kemudian hanya di medan golf dan tempat khas lain masih ada aplikasi.

Tentu saja, bateri asid plumbum tidak benar-benar meninggalkan kenderaan, ia masih wujud di kebanyakan kenderaan bahan api, diam-diam duduk di bawah kap mesin, bertanggung jawab satu perkara penting tetapi tidak menonjol: memulakan enjin.

Maka sepuluh tahun terkini, kenderaan elektrik bagaimana pula kembali ke pandangan utama?

Harga minyak adalah pendorong, tetapi bukan akar. Dari sudut ilmu bahan, manusia akhirnya menemui satu bahan yang tenaga lebih tinggi tetapi berat lebih ringan, untuk menggantikan plumbum.

Dan untuk menguasainya, mengambil masa penuh beberapa dekad manusia.

Lahirnya bateri litium

Litium, terletak di tempat ketiga dalam jadual berkala yang ditulis Mendeleev, adalah logam dengan sifat kimia paling reaktif yang diketahui sekarang.

Tebuk sebatang logam litum buang ke dalam air, ia akan berteriak berputar di permukaan air, keluarkan gas hidrogen, bahkan terbakar.

Ini bermakna ia secara semula jadi adalah kuda ganas yang boleh berlari laju, asal anda boleh kuasai dia.

1 gram logam litium mengandungi tenaga, sekitar 3800 mAh — hampir boleh cas penuh keseluruhan iPhone.

Simpan tenaga sama satu kilowatt-jam, guna litium hanya beberapa kilogram, guna asid plumbum perlu puluhan hingga ratusan kilogram. Ini ketidakseimbangan yang ditulis oleh hukum fizik dari awal, bukan kebolehan kilang yang boleh dipenuhi.

1970-an, saintis Exxon membuat bateri logam litium pertama. Kepadatan tenaga menakjubkan, tetapi selepas cas dan lepaskan berulang kali, litium akan tumbuh dindit berbentuk cabang di permukaan katod, seperti jarum terus tumbuh, akhirnya menembus selaput, menyebabkan pendek litar letupan.

1980-an, syarikat Kanada Moli Energy cuba produksi bateri logam litium guna di telefon bimbit, hasil berlaku kebakaran skala besar tarik balik, syarikat karena itu tutup. Nama 'panas' litium benar-benar tetap.

Perubahan sebenar, datang daripada idea ahli kimia Jepun Akira Yoshino yang bertukar.

Dia fikir,既然 logam litium tidak boleh kawal, maka saya memangkan tidak biarkan litium muncul dalam bentuk logam. Dia guna bahan karbon buat katod, biarkan litium muncul dalam bentuk ion masuk dalam lapisan grafik.

Jika kita anggap lapisan grafik karbon sebagai rak berperingkat teratur, ion litium adalah barang dikumpul mengikut kategori di dalam sela; sementara katod logam litium masa lalu, umpama membuang rak, langsung letak bahan mentah litium bertimbun di ruang kosong gudang, tanpa sekatan logam litium cas dan lepaskan tumbuh cembung secara bebas, sukar dikawal.

1991, Sony produksi bateri ion litium komersial pertama. Sejak itu, manusia kali pertama menemukan cara masukkan litium ke dalam sangga.

Hingga sekarang, reka bentuk sangga ini masih terus dinaik taraf. Dan sekarang bateri kuasa dalam kenderaan anda, adalah bentuk akhir sangga ini.

Dari tasik garam ke sel bateri: Bagaimana kuda ganas masuk ke dalam sangga?

Jika kita dalam kilang buka sel bateri litium baru dibuat, anda akan temui struktur bawah sangga ini cantik rapi seperti tumpukan 'sandwic mikro' berlapis-lapis.

Pertama adalah pengumpul arus di kedua-dua belah.

Katod adalah lembar aluminium sangat nipis, anod adalah lembar tembaga, melalui litar terhubung, pusingan motor elektrik bergantung pada elektron yang melalui litar ini berhijrah.

Kedua adalah bahan katod dan anod sebagai teras bateri.

Anod popular guna proses karbon tulen grafik buatan, ia dalam skala mikro mempunyai struktur lapisan sangat sempurna, antara lapisan ada ruang paras nano yang banyak.

Katod adalah sebatian litium, sekarang bahan biasa terutama Litium Ferro Fosfat dan Litium Tiga Elemen Nikel-Kobalt-Mangan.

Akhirnya selaput dan elektrolit yang terletak antara katod dan anod.

Sebenarnya selaput adalah bahan plastik, tidak hanya satu persepuluh diameter rambut tebal, malah kerana sifat plastik, ada penebatan, liang mikro di atas hanya benarkan ion litium melalui, elektron hanya dihala luar, cari jalan lain.

Sedangkan elektrolit yang disediakan oleh karbonat organik dan garam litium, berfungsi sebagai 'pelincir' untuk ion litium berpindah.

Apabila kita selesai mengenali struktur bateri litium, dan satu bandingkan dengan bateri asid plumbum seratus tahun dahulu, boleh rasai secara langsung mengapa bateri litium lepas tenaga lebih hebat.

Bateri asid plumbum tradisional, guna plat plumbum berat direndam dalam asid sulfurica yang sangat merosakkan.

Asas menjana tenaga dia adalah tindak balas kimia kasar 'pelarutan dan pengendapan' — setiap kali pelepasan, plat plumbum akan larut dan hasilkan plumbum sulfat pepejal besar.

Semasa cas, kemudian bertungkus-lumus larutkan pepejal ini balik. Ini umpama setiap kali dua pasukan bertembung, mesti bongkar tembok kota sebagai batu bata serang, setelah cas dan lepaskan lama, tembok kota tentu runtuh, keupayaan pelepasan juga akan menurun.

Sedangkan bateri litium, kelebihan struktur dan bahan terletak pada 'tidak merosakkan rangka'.

Baik kisi olivin katod, maupun lapisan grafik anod, boleh difahami sebagai hotel mewah struktur sangat stabil. Ion litium hari ini keluar hotel, esok masuk, masuk keluar, dinding sokongan dan struktur bilik hotel sendiri tidak bergerak sedikit pun.

Reka bentuk bahan 'terbenam' ini, membuatkan bateri litium dalam jangka hayat dan ketepadan tenaga, secara langsung mengalahkan bateri asid plumbum dengan serangan dimensi menurun.

Tetapi, untuk membuat sangga 'cantik' ini, juga perlu banyak usaha.

Kita ambil lanskap hulu CATL sebagai sampel, ikut litium buat satu perjalanan lengkap dari bijih ke sel.

Alam semula jadi litium hampir tidak wujud dalam bentuk unsur, maka sumber litium ada dua jalan.

Yang pertama adalah ro keras, seperti sebahagian bahan CATL berasal dari tambang spodumen Australia. Bijih setelah pembakaran, pemasaman, pencelupan, akhirnya ditapis jadi serbuk putih litium karbonat atau litium hidroksida.

Yang kedua adalah air garam tasik, seperti tasik garam Atacama Amerika Selatan, tasik garam Qinghai China, air garam kepekatan tinggi di sini dipam keluar di kolam penguapan untuk pekat, kemudian melalui serapan atau teknik pemisahan membran untuk mengeluarkan litium.

Selepas itu, serbuk putih ini masuk ke bahagian persediaan bahan.

Untuk bateri Litium Ferro Fosfat, garam litium dan bahan mentah sejenis fosfor ferro dicampur dan bercampur, pada suhu sangat tinggi dibakar jadi serbuk katod yang mempunyai struktur kristal olivin, kemudian bercampur dengan perekat 'campuran past', dilapiskan pada lembar aluminium secara sekata.

Sementara itu, grafik buatan yang melalui pembersihan juga dilapiskan pada lembar tembaga.

Manakala bateri Litium Tiga Elemen, adalah perlu dengan unsur nikel, kobalt, mangan dari Indonesia dan lain-lain, pada nisbah tertentu dibakar jadi serbuk, hasil bahan katod.

Akhirnya, kilang sel bateri mengikut keperluan, lempang katod dan anod seperti gulung sushi digulung jadi sel casing aluminium silinder atau petak, atau seperti menumpuk buku ditekan berlapis jadi paket lembut atau casing aluminium petak, kemudian tuang elektrolit organik, pembungkusan ketat.

Sekarang, kuda ganas litium dengan begitu sudah ditawan secara sah oleh sangga nano paras yang dibina oleh kimia dan proses ketat.

Prinsip operasi bateri litium: Bagaimana kuda ganas berlari?

Sangga sudah siap, tetapi memasukkan kuda ganas ke dalam sangga hanyalah langkah pertama.

Sesungguhnya dia kerja, perlu dia berlari, dan lebih-lebih lagi di ikut litar yang anda reka, berjalan dengan tertib masuk keluar.

Sedangkan ion litium boleh dengan tertib masuk keluar, juga berkaitan dengan perkara yang dia bawa — tenaga potensi elektrik.

Konsep tenaga potensi elektrik ini tidak sukar difahami, hukum sama seperti air graviti.

Anod penuh cas umpama rimbunan air tinggi, pelepasan umpama buka gerbang air, secara langsung lepaskan tenaga buat kerja; cas umpama pam air panjat gunung, guna tenaga elektrik, bawa ion litium yang mewakili 'air' kembali ke anod ketinggian simpan.

Apabila penuh cas, ion litium dikumpulkan dalam sela grafik anod, potensial anod tinggi, potensial katod rendah.

Sambung litar luar, ion litium melalui selaput bergerak ke katod, elektron melalui litar luar hasilkan arus, pusingan motor, inilah pelepasan.

Cas adalah proses songsang, sumber kuasa luar beri tekanan, paksa tarik balik ion litium dari katod ke ruang grafik anod, tukar tenaga elektrik jadi tenaga potensi simpan.

Salah sedikit, cas pantas umpama pam air kuasa penuh.

Pam terlalu kuat, ion litium tidak sempat masuk ke dalam lapisan grafik, akan terurai dalam bentuk logam di permukaan anod — 'litium terurai'. Litium yang terurai akan tumbuh jadi dindit jarum, tembus selaput adalah pendek litar kawalan panas.

Maka tugas utama satu sistem pengurusan bateri, adalah jaga suhu dan laju aliran air.

Penurunan bateri, adalah sistem pemam tenaga ini lama guna, rimbunan air di beberapa sudut tersumbat selamanya, air yang boleh simpan semakin sedikit, jarak lanjut ikut menurun.

Liteiron Fosfat vs Litium Tiga Elemen: Bagaimana pilih

Beritahu begitu banyak, maka kita kembali ke kehidupan, saya yakin anda memilih kenderaan baru pasti pernah mengalami saat ini.

Jualan kata kereta ini Litium Ferro Fosfat, kereta itu Litium Tiga Elemen, satu lebih selamat, satu jarak lanjut lebih panjang.

Tetapi anda buka jadual spesifikasi, beberapa kereta Litium Ferro Fosfat jarak lanjut juga tidak pendek, berbeza dengan versi Litium Tiga Elemen tidak banyak.

Inilah pelik, Litium Ferro Fosfat secara semula jadi ketepadan tenaga rendah, jarak lanjut bagaimana pula mengejar?

Sebenarnya jawapan ada dua lapisan: pertama lihat bahan, kedua lihat pembungkusan.

Beritahu dahulu bahan.

Liteiron Fosfat adalah struktur olivin, seperti satu barisan rak tetap yang padat.

Setiap rak ada slot yang disediakan, ion litium duduk di tempat yang betul, masuk keluar hanya lalui salur dimensi satu.

Kelebihan adalah rak sangat kukuh — suhu pembahagian haba 270°C ke atas, mudah terbakar, jangka hayat kitaran panjang, cas lepaskan ribuan kali masih boleh digunakan.

Kekurangan adalah salur sempit, ion litium bawa masuk keluar perlahan, berat sama simpan jumlah tenaga tidak lebih Litium Tiga Elemen.

Liteiron Tiga Elemen adalah struktur lapisan, seperti satu barisan rak terbuka, tiada slot tetap, ion litium dalam sela dimensinya dua masuk keluar, salur luas, laju lebih cepat.

Tetapi rak tidak stabil seperti rak tetap, suhu pembahagian haba dalam kawasan 180 hingga 220°C, kandungan nikel semakin tinggi tenaga semakin besar, cabaran kestabilan juga semakin besar.

Sampai sini, perbezaan bakat jelas: Litium Tiga Elemen secara semula jadi boleh simpan lebih banyak tenaga, Litium Ferro Fosfat secara semula jadi lebih stabil.

Tetapi masalah kembali ke permulaan — Litium Ferro Fosfat jarak lanjut mengapa mampu mengejar? Jawapan之一是 ada pembungkusan.

Talangan bahan sel bateri 'bakat' hanya tentukan had atas, ketepadan tenaga bateri lebih lihat 'kemahiran'.

Seperti CTP (Cell to Pack) sekarang, boleh langsung integrasi sel jadi bateri, hilangkan berat dan ruang pada tingkat antara masa sambung modul.

Shenxing CATL dan Bateri Pisau BYD termasuk dalam kategori ini.

Ada CTB (Cell to Body) teknologi, reka bentuk integrasi rangka membuatkan bateri jadi komponen struktur kenderaan, semakin padatkan volume.

Seperti Xiaomi SU7, YU7, Tesla Model 3, Y, BYD Dolphin dan lain-lain.

Secara umum dengan menjadikan pembungkusan dan optimum struktur sampai sempurna, sebahagian besar bateri Litium Ferro Fosfat, seperti Shenxing CATL, ketepadan tenaga juga boleh dekati aras Litium Tiga Elemen, jarak lanjut sebenar sudah cukup memenuhi penggunaan harian kebanyakan kenderaan.

Dan Bateri Cas Super Shenxing Ketiga sudah capai cas dari 10% ke 98% dalam 6 minit 27 saat, sudah capai 10C setara, kuasa cas puncak 15C. Boleh kata dalam syarat keselamatan sudah menyelesaikan masalah kecekapan cas kenderaan baharu.

Tetapi jika mengejar jarak lanjut maksimum, ledakan kuasa dan pencairan berat kenderaan, pada keadaan sama guna bateri Litium Ferro Fosfat terlalu berat, sekarang perlu ketepadan tenaga lebih tinggi Litium Tiga Elemen masuk, seperti Bateri Qilin CATL, kenderaan elektrik prestasi tinggi yang boleh anda panggil, secara umum guna. CATL

CATL sebelum ini juga tepat mengeluarkan Bateri Qilin Ketiga, pada mengurangkan berat juga capai 1000km jarak lanjut super panjang.

Tentu saja, sekarang masih banyak pengguna menanti-nanti yang mahu penggunaan harian dan perjalanan jarak jauh yang stabil, mahu kuasa yang kuat, tetapi pasaran tidak ada bateri yang memenuhi keperluan mereka.

Terhadap ini, CATL sedang membina Bateri Dual-Core XiaoYao, gabungkan dua jenis sel ke dalam satu bateri, biar dua jenis sel发挥 sendiri kelebihan, padankan sempurna pelbagai skenario penggunaan kenderaan.

Dan kedua-dua sel dalam bateri ini boleh disusun mengikut keperluan, logik penamaan juga pantas.

'Ferro' adalah Litium Ferro Fosfat, 'Tiga Elemen' adalah Litium Tiga Elemen, 'Natrium' adalah Bateri Ion Natrium.

Berbagai kombinasi ada masing-masing kelebihan — 'Tiga Elemen+Ferro', zon utama Tiga Elemen tanggung ledakan, zon peningkatan jarak Ferro tutup keselamatan dan cas lepaskan panjang.

Dan 'Natrium+Ferro' dual core masukkan Bateri Ion Natrium ke zon utama, pada -40°C kepekatan kekalkan kadar lebih 90%, khusus rawat jarak lanjut Musim Sejuk Utara terpotong separuh.

Tentang 'Natrium' dalam dual core, kita di sini tidak boleh untuk rakan-rakan Utara sebut lebih, kerana saya rasa ini penyelesaian rakan-rakan Utara membeli kenderaan baharu masalah utama bongkah terakhir.

Natrium dan Litium termasuk unsur logam kumpulan sama, sifat kimia serupa, tetapi Natrium lebih lembut, lebih mudah daripada Litium, kos rendah, prestasi suhu rendah baik, guna Natrium buat bateri musim sejuk jarak lanjut pengurangan kecil.

Dan selepas produksi Bateri Ion Natrium dan aplikasi dalam penyimpanan tenaga dan kenderaan perniagaan, semakin banyak merek kenderaan persendirian sediakan pilihan Bateri Ion Natrium.

Dulu masih ada kebimbangan terhadap kenderaan baharu rakan-rakan Utara, sekarang boleh pertimbangkan.

Tetapi, Bateri Ion Natrium ada kekurangan, iaitu ion Natrium lebih besar satu putaran daripada ion Litium, masuk ke lapisan grafik lebih susah, maka ketepadan tenaga sementara tidak boleh mengejar Litium.

Tetapi ini masalah keseimbangan persekitaran suhu rendah dan kecekapan jarak, percaya bersama kemajuan bahan dan pembungkusan, kesukaran ini juga akan diselesaikan secara berperingkat.

Tetapi untuk majoriti pengguna, jika anda ada tenaga melihat sampai sini, maka jualan seterusnya sebut nama bateri ini, anda sudah ada kepercayaan diperlengkapi pengetahuan pakar.

Anda hanya perlu tahu satu perkara: Hari ini anda di dewan paparan bimbang setiap satu soalan — keselamatan, jarak lanjut, cas, ketahanan, 160 tahun lalu orang yang masuk kenderaan elektrik pertama, masih bimbang juga.

Hanya mereka masa itu boleh pilih, hanya ada satu bateri asid plumbum yang sangat berat.

Sedangkan anda di hadapan boleh pilih, manusia mengambil hampir dua ratus tahun, dari jadual berkala pilih Litium, guna teknologi nano untuk dia pasang rak, guna optimum kejuruteraan untuk ketepadan tenaga setiap satu kilometer naik setelah itu, jawab jawaban terbaru yang sampai tangan anda.

Bincangan Kereta:

Seratus tahun dahulu, bateri asid plumbum tidak habis lalui satu bandar. Hari ini, satu bateri hampir habis lalui satu negeri.

Masa depan, Litium-Udara mungkin boleh lalui satu perjalanan jarak jauh tanpa kecemasan jarak.

Ke masa itu, orang mungkin masih akan di dewan paparan kenderaan ragu.

Anda setiap kenderaan elektrik yang anda kendarai, bukan hanya satu barang perindustrian.

Ia adalah ahli fizik, ahli kimia, jurutera dan penambang, menggunakan dua ratus tahun masa menulis bersambung satu surat balasan.

Penerima adalah anda yang tidak mahu terperangkap di jalan, tandatangan adalah janji yang diwarisi sejak zaman asid plumbum.

Rujukan:

Pengenalan umum tentang bateri ion litium: Dari konsep pertama hingga enam komersial teratas dan seterusnya

Semakan komprehensif mengenai bahan-bateri ion litium dan cabaran pembangunan

SMM 2023-2027 Laporan Rantaian Industri Tenaga Baharu Litium di Tiongkok