南非擬大力發(fā)展電動汽車電池
日期：2024-10-16 12:01:24 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：525新視野
為應對全球氣候變暖帶來的惡劣影響，眾多汽車制造商加快了大規(guī)模生產(chǎn)電動汽車的步伐，不排放溫室氣體、拔插充電式的電動車的研發(fā)呈燎原之勢。例如，日本汽車制造商日產(chǎn)公司曾透露，其首批大規(guī)模生產(chǎn)的電動汽車將于今年在日本和美國上市。有人估計，到2020年，電動汽車將至少占據(jù)全球汽車銷量的 10%。
電動汽車使用電池而不是化石燃料來供給動力，因此，電動汽車電池被稱為二十一世紀的“新的石油”。一個國家如果擁有了生產(chǎn)該種電池的能力，不僅可以減少對原油和原油生產(chǎn)國的依賴，還將在一定程度上確保自己未來的能源安全。
各方攜手，蓄勢待發(fā)
南非已經(jīng)認識到電動汽車電池市場的重要性和廣闊前景。一些政府部門、科研機構(gòu)和企業(yè)正在攜手推動南非電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中包括：南非科學和工業(yè)研究會(CSIR)、工業(yè)發(fā)展公司(IDC)、貿(mào)易和工業(yè)部(DTI)、優(yōu)化能源公司(該公司已經(jīng)設計出南非本土的電動車)和其他商業(yè)實體。
作為政府實體的IDC正在評估在南非發(fā)展電池制造產(chǎn)業(yè)的商業(yè)可行性。IDC公司認為，電池——或者任何能量存儲介質(zhì)——對未來極為重要。據(jù) IDC戰(zhàn)略影響項目部高級項目經(jīng)理理提夫?布呂韋爾介紹，早在2008年4月，IDC就針對未來可能被采用的替代和綠色交通機制開始進行商業(yè)調(diào)查。布呂韋爾說：“我們正在調(diào)查大尺寸鋰離子電池技術(shù)，我們預期，這種電池的第一市場將是電動汽車;潛在的第二市場則是固定的能量儲存設備?！?/p>
布呂韋爾表示，目前IDC是該項目的推動者，不過，該項目的性質(zhì)尚未確定。該公司正在與一些能夠在該項目的研發(fā)中發(fā)揮重要作用的南非本地及國際機構(gòu)簽署各項合作協(xié)議。至于該項目所涉及的全部資金，IDC目前還不能給出確切的數(shù)字，這必須在項目的可行性評估完成后才能確定。
布呂韋爾說：“研發(fā)重點仍然是改進電池技術(shù)，以使電池更便宜、更安全和更持久。但就像其他技術(shù)一樣，電池研發(fā)技術(shù)最終必將進入市場，由消費者來判斷它是否夠好，從而促使我們進一步改進和優(yōu)化。我們還深信，起步較早的公司可能贏得最多。”
南非貿(mào)易和工業(yè)部長羅布?戴維斯先生證實，貿(mào)工部正在探討如何使電動汽車電池生產(chǎn)本土化的途徑。他說，南非標準局(SABS)迄今通過了兩項電動汽車標準，而且正在研究國際標準組織發(fā)布的其他幾個標準，并考慮將之納為南非國家標準。他還補充說，貿(mào)工部和南非國家標準局還準備對電池測試設施標準進行擴充，以滿足不同類型的電池——包括電動汽車電池的測試需求。
鋰離子電池脫穎而出
鋰離子電池首次提出是在20世紀70年代。鋰離子電池雖然簡單，但在目前所有已知的可充電系統(tǒng)中，它能提供的電力最大，從而在眾多技術(shù)中脫穎而出。1991年，索尼公司推出了第一款商業(yè)化的鋰離子電池，從而徹底改變了電池市場的面貌。現(xiàn)在，鋰離子電池也廣泛出現(xiàn)在汽車、醫(yī)療、國防和航空航天等領域。
鋰離子電池的三個主要功能部件是陽極、陰極和電解質(zhì)。商業(yè)上最流行的陽極材料是石墨碳。陰極一般是下列三種材料之一：具有分層結(jié)構(gòu)的鋰金屬氧化物;具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鋰;或者具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物。陽極、陰極和電解質(zhì)所用的材料不同，鋰離子電池的電壓、容量、壽命和安全性會有顯著不同。
大家公認，鋰離子電池使用的陰極材料的發(fā)明者是美國教授約翰?古迪納夫，但這種材料上也凝聚了其他很多研究人員的心血，其中就包括南非科學和工業(yè)研究會(CSIR)的邁克爾?薩克雷博士。薩克雷博士在20世紀80年代的研究導致了具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鋰金屬氧化物電極材料的發(fā)現(xiàn)，根據(jù)使用的金屬不同，這種材料既可作為電池的陽極，又可作為電池的陰極。
1992年，對鋰電池的研究支持了10年之后`，CSIR決定停止對該技術(shù)的投資。1994年，薩克雷應邀到美國阿貢國家實驗室創(chuàng)建和領導一個新型鋰電池材料項目。CSIR的電池研究隨后停止。
薩克雷現(xiàn)在擁有35項專利。他強調(diào)，發(fā)展鋰離子電池技術(shù)對保證無油的未來“非常重要”。以運輸為例，鋰離子電池極有可能在所有電動汽車和混合動力汽車市場“唱主角”。目前的混合動力電動車，如豐田的普瑞斯(Prius)，均采用鎳氫電池，而這種電池不太可能用于所有的電動汽車或插入式混合電動汽車，因為與鋰電池相比，它提供的電力有限，充電一次無法支持汽車行駛一個可以接受的車程。因此，在運輸領域，鋰離子電池似乎擁有最美好的未來。
再續(xù)前緣，搶抓機遇
然而，隨著電動汽車的出現(xiàn)，CSIR現(xiàn)在又重新恢復了鋰離子電池的研發(fā)，并于2009年成立了電池研究中心(BRC)。該中心主任姆克胡盧?馬泰博士說，在獨立開展研究的同時，該中心還與薩克雷密切合作。“這有助于我們把握電池技術(shù)的發(fā)展趨勢，掌握實現(xiàn)跨越式發(fā)展的技能”，他指出。
馬泰說：“目前，設備正源源不斷地到來。我們正在制定研究計劃，并與工業(yè)界和大學建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系?！盉RC的最終目的是要在鋰離子電池的應用方面成為企業(yè)和高等教育機構(gòu)的研究和合作伙伴。
那么，與世界上其他電池技術(shù)研發(fā)機構(gòu)相比，BRC有什么特別之處?換句話說，南非的電池研發(fā)將依靠什么取得成功?
馬泰說，電池行業(yè)競爭激烈，沒有人會真正揭秘自己的研究。不過，南非的電池研究將集中在電解質(zhì)領域，以改善電池的壽命和容量。同時還重點考慮如何使電池更容易回收。馬泰介紹說：“我們也在考慮在陽極化學領域使用納米材料，這些將使我們的研究與眾不同?！?/p>
同時，南非擁有電池生產(chǎn)所需的眾多原材料。馬泰解釋說，生產(chǎn)鋰離子電池需要磷、鈷、鎳、錳，這些南非都有。雖然該國并沒有大規(guī)模的鋰礦床，但根據(jù)南非地質(zhì)科學研究會的調(diào)查，非洲國家如津巴布韋、納米比亞、尼日爾、加納、科特迪瓦、塞內(nèi)加爾和馬里等都有鋰礦資源。
馬泰同意布呂韋爾關(guān)于“先開發(fā)者收益大”的判斷。他認為，電動汽車將在2010年開始大量推出，所以有3年至5年的緩沖時間來進入汽車電池市場，這就是為什么CSIR要趕在2010年2月生產(chǎn)出第一個小型(50分硬幣大小)鋰離子電池的原因。
馬泰計劃在2011年中期推出電動汽車鋰離子電池原型，“那將是一個準備就緒的電池，像優(yōu)化能源這樣的公司可以在他們的車上測試電池性能?！?/p>
馬泰說，同標準內(nèi)燃機的汽車相比，電動汽車仍然是昂貴的。其中電池大約占了電動汽車成本的25%。但是，如果在本地生產(chǎn)，可以將其削減到約15%。除了保證能源安全，在南非生產(chǎn)鋰離子電池也將使電動汽車的價格更有競爭力，從而逐漸為本地客戶所接受。
電池產(chǎn)業(yè)本土化成關(guān)鍵
位于開普敦的優(yōu)化能源公司計劃在2010年開始試生產(chǎn)自己研發(fā)的電動汽車——“焦耳(JOULE)”，并在2012年開始大量生產(chǎn)，初始為500輛，2015年擴大到60萬輛，其中一部分瞄準出口市場。
“焦耳”是鋰電池驅(qū)動的5座轎車，最高速度預計可達每小時135千米，充電一次可行駛300千米。
優(yōu)化能源公司技術(shù)總監(jiān)格哈德?斯沃特認為進口臃腫笨重的電池毫無道理。他說：“從亞洲開往南非的船舶上裝滿了電池，我們把大量金錢花在這上面沒有任何意義?！?/p>
斯沃特說：“建立一個本土電池產(chǎn)業(yè)擁有很多優(yōu)勢，要滿足‘焦耳’汽車每年1.8億度的電力需求，本土制造的電池是必要而又關(guān)鍵的?！彼f，大尺寸的鋰離子電池(相對于小尺寸，例如筆記本電腦電池)目前還沒有成為一種商品，在世界任何地方都還沒有真正大規(guī)模生產(chǎn)。因此目前是一個機會，來建立新的電池生產(chǎn)工廠并不斷提高效率，南非工程師善于做這樣的事情。
斯沃特最后指出，優(yōu)化能源公司對汽車電池有一些簡單而又必須的要求，在南非生產(chǎn)的任何電池要獲得商業(yè)上的成功，都必須滿足這些要求。
“這些電池需要滿足電動車輛對安全、性能、成本和壽命的嚴格要求?！苟嚨碾姵爻杀拘枰陀?50美元/千瓦時，能量密度要大于130瓦時/千克，至少有7年的工作壽命?！?/p>
“如果南非制造的電池可以持續(xù)達到這個目標，它們將暢銷世界各地。”