이 그릇은 "냉수" 를 때맞춰 쏟았다. 긴 수명은 실용적입니까? 대용량 배터리와 초고속 충전으로 보안 요구 사항을 충족할 수 있습니까? 이런 일들은 소비자의 통점과 관련된 문제이므로 업계 내 냉정 분석이 필요하다.
우리는 미국 국립발명가학회 원사, 펜실베이니아 주립대 기계공학, 화학공학 및 재료공학과 강의 교수인 왕조양 교수를 연결해 전동차 배터리의 발전에 대해 이야기해 달라고 요청했다.
왕조양의 연구는 주로 운송, 재료 제조, 배터리 및 연료 전지 모델링에 초점을 맞추고 있으며, 그는 90 개 이상의 특허 (미국, 중국, 유럽 연합, 일본) 를 보유하고 있다. 전기후 배터리 (ACB) 기술에 대한 그의 연구는' 네이처' 잡지에 발표됐다가 2022 년 동계올림픽에 선발돼 올림픽 전기자동차에 동력을 제공했다. 그는 또한 20 19 에 충전 10 분이면 전동차가 80%, 수명이 300 km ~ 400 km 이며 충전방전 2500 회 후 배터리 용량이 8.3% 에 불과하다는 빠른 충전기술을 발표했다. 최근 왕조양팀은 저렴한 비용, 초안전, 장수, 전천후 등의 요구를 충족할 수 있는 열제어인산 철리튬 배터리 (TMB) 를 개발했다. 이 결과는 세계 최고의 저널 "자연" 에 발표되었습니다. 에너지 잡지.
배터리의 열점 뉴스에 대해 말하자면, 그는 반복적으로 에너지 보존 법칙을 강조했다. 그는 "모든 뉴스, 모든 발표, 혹은 우리가 듣고 있는 이야기들, 만약 우리가 간단한 에너지 보존 법칙으로 분석한다면, 우리는 그것의 진실성과 신뢰성을 알 수 있다" 고 말했다.
왜 오리인가: 최근 원사들은 긴 배터리 수명과 초고속 충전을 비판했다. 이것은 산업과 실험실 연구의 착오입니까? 아니면 기업에 과장된 성분이 있습니까?
왕양양: 이것은 과학과 상업에 모두 문제가 있습니다.
상업 문제는 매우 간단하다. 항속 1000km 에150kwh 가 필요할 경우150kwh 충전에도10 분이 걸리더라도 약 900 분이 소요됩니다 최고 전력의 테슬라 3 세대 충전기는 250 kW 이므로 상업적으로 볼 때,
과학적 관점에서도 큰 문제가 있다. 이렇게 긴 항속 마일리지는 배터리가 반드시 높은 에너지 밀도를 가져야 한다. 예를 들어, 6 율 요금은 현재 과학적으로 성립되지 않고, 적어도 이런 보도는 없고, 동료 과학자들의 심사를 거치지 않았다.
사실, 세 가지 데이터가 공존해야 한다는 간단한 과학적 판단이 있습니다. 첫 번째는 충전 시간입니다. 두 번째는 충전 후 얼마나 많은 에너지나 마일리지를 얻는가입니다. 세 번째 데이터는 배터리가 순환할 수 있는 횟수이며, 이것도 중요하다. 만약 네가 빨리 충전한다면, 너는 대량의 에너지를 얻을 수 있지만, 너는 한두 번 배터리를 낭비할 뿐이다. 이것은 새로운 기술이 아닙니다. 우리 신입생은 모두 할 것입니다.
이 세 가지 데이터는 하나가 없어서는 안 된다. 이 규칙으로, 기본적으로 어떤 미디어나 기업이 발표한 소식도 스스로 판단할 수 있다.
에너지 산업은 반드시 에너지 보존 법칙을 준수해야 한다. 즉, 충전 전력에 충전 시간을 곱하면 얼마나 많은 에너지인가. 간단한 에너지 보존 법칙에 따르면, 우리는 그들이 무슨 말을 하고 있는지 즉시 계산할 수 있다.
왜 오리: 대중은 일부 흑기술에 대한 기대가 높고, 파격적인 기술이 있기를 바란다.
왕양양: 모두가 그것을 기대하고 있지만, 모든 흑기술은 반드시 에너지 보존 법칙에 근거해야 합니다. 이것이 기본 규칙입니다. 만약 흑과학기술이 영동기이고 에너지 보존에 맞지 않는 것을 발견한다면, 이 기술 문제는 매우 크다.
왜 오리: 방금 발표한 연구를 봅시다. 이 저가 배터리와 20 19 년 6 월 발표된 고속 충전 기술의 근본적인 차이점은 무엇입니까?
왕양양: 가장 근본적인 차이점은 우리 연구가 한 주제에 집중돼 배터리 비용을 절감한다는 것입니다.
우리는 단지 배터리 비용이 연료 엔진과 같은 수준으로 낮아져 대중시장의 전동차가 보급되기를 바랄 뿐이다. 탄소 배출을 줄이는 데 큰 의미가 있습니다. 단지 수천 대의 하이엔드 전동차를 팔아서 탄소중립 실현은 불가능하다.
더 단순한 표현은 배터리 팩을 소형화한 다음 단위 비용을 비교적 낮은 수준으로 유지함으로써 배터리의 전체 비용을 절감할 수 있다는 것입니다.
이 방향은 국내 많은 자동차 회사들의 방향과 정반대로 모두 긴 항속이다. 배터리 수명1000km 를 개발하려면 배터리 수명 150 도의 개념은 무엇입니까? 현재의 삼원 리튬 배터리를 예로 들면, 1 와트는 1 위안이고, 이 150 도의 배터리는 15 만 위안이다. 이 차는 대중시장의 전동차가 아니라 배터리 비용이 너무 비싸다.
게다가, 너는 이렇게 큰 배터리를 가지고 여기저기 뛰어다닌다. 위험하죠? 그것은 큰 에너지 가방이다.
그래서 우리는 기존의 리튬 철 인산염을 포함한 새로운 배터리에 이전 기술을 적용했습니다. 겨울에는 실적이 좋지 않았기 때문에, 우리의 배터리는 주변 온도의 영향을 받지 않습니다. 왜냐하면 우리가 미리 60 도로 예열해야 일을 할 수 있기 때문입니다. 그것은 항상 당신에게 좋은 표현을 해 줄 수 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언)
이 전천후 배터리는 테스트를 거쳤습니다. 이 배터리는 2022 년 동계올림픽에서 사용되었으며, 동북흑하의 차량 테스트 결과를 포함한 대량의 차량 테스트 결과가 있다.
왜 오리: 전천후 배터리 (자체 열 배터리) 에 대해 알아보세요.
왕조양: 전통적인 리튬 이온 배터리는 특히 추위를 두려워합니다. 온도가 낮으면 양극과 음극 사이의 리튬 이온 전송이 크게 방해를 받아 성능이 9 배 낮아져 10 회에 달합니다.
전통적인 방법은 외부에서 가열하는 것이지만, 에너지 소모가 매우 크며, 매우 직접적이지도 않다. 시간이 오래 걸리고 한 시간 이상 걸려서 소비자의 즉각적인 사용 요구를 충족시킬 수 없고 겨울에는 더 빨리 충전할 수 없다.
우리의 전천후 배터리는 전지에 니켈 조각을 첨가하는데, 오직 10 미크론의 니켈 호일만이 자열을 발생시켜 배터리 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다. 환경의 온도는 영도 이하이지만 우리는 분당 60~200 도의 온도 상승을 해냈고, 전통적인 외부 가열은 보통 분당 0.5~ 1 도인데, 우리의 속도는 두 단계 높아졌다. 보통 몇 십 초면 배터리가 뜨거워지고 정상적으로 작동한다.
또한, 대량의 실험 연구를 통해, 우리는 이런 자열 방식이 소비하는 에너지가 매우 적다는 것을 발견했다.
왜 오리: 이 방법은 본질적으로 능동적으로 제어되는데, 재료 자체와 안전성을 바꾸지 않고 배터리를 적절한 충전 온도에 빠르게 도달할 수 있습니다. 그렇죠?
왕조양: 네. 우리는 먼저 구조 혁신을 제안한다. 전통적인 배터리 구조는 양극, 음극, 격막으로, 3 단 구조라고 한다. 우리는 네 번째 부품인 니켈박을 넣어 넣으면 에너지를 저장해 온도를 조절할 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 니켈포일, 니켈포일, 니켈포일, 니켈포일, 니켈포일, 니켈포일)
왜 오리: 고체 배터리라는 개념에 대해 말하자면, 일부 회사들은 이미 이 제품을 밀고 있다고 생각하지만, 반고체 배터리라고 말하는 사람들도 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리, 삼원 배터리, 인산철 리튬 배터리의 본질적 차이점을 설명해 주세요. 액체와 고체의 차이인가요?
왕양양: 고체 배터리의 진정한 의미는 우리의 전통적인 인산 아철 리튬과 삼원 배터리의 전해질을 고체 전해질로 대체하는 것입니다. 그러나 솔리드 스테이트 배터리의 R&D 는 실제 상업화와는 거리가 멀다.
언론 보도나 회사가 발표한 소식에서 볼 수 있듯이 우리 R&D 의 인력과 기업은 기본적으로 어떤 솔리드 스테이트 배터리 제품을 해야 할지 잘 알지 못하고 있다.
왜 그렇게 말하죠? 몇 가지 예를 들어 보겠습니다. 첫 번째 예는 솔리드 스테이트 배터리의 이온 전도율이 너무 낮고 솔리드 인터페이스 저항이 너무 높다는 것을 미디어에서 자주 들을 수 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리가 빠르게 충전되는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 모순적이다. 내저항이 큰 배터리는 어떻게 빨리 충전합니까? 그건 불가능해요.
반고체 배터리는 정극에 전해질이 있고, 배터리에는 절반 이상의 위험한 전해질 잔류물이 남아 있다는 얘기도 있다. (윌리엄 셰익스피어, 반고체, 반고체, 반고체, 반고체, 반고체, 반고체) 이게 안전할까요?
원인: 도요타를 포함한 일부 대기업들은 솔리드 스테이트 배터리가 더 안전하기 때문에 앞으로 솔리드 스테이트 배터리를 만들 것이라고 밝혔다.
왕양양: 누구나 고체배터리를 만들어야 하는데, 이는 다음 발전 방향으로 여겨진다. 각 기업은 기술 발전의 원인뿐만 아니라 기업의 포지셔닝과 투자 방향도 나름대로의 고려를 가지고 있다. 하지만 솔리드 스테이트 배터리는 안전할까요? 우리는 때때로 그것이 안전하다고 당연하게 생각하지만, 만약 네가 정말로 생각한다면, 너는 그것이 많은 안전하지 않은 요소가 있다는 것을 발견할 수 있을 것이다.
첫째, 한 회사의 솔리드 스테이트 배터리가 150 kWh 라면 큰 에너지 가방입니다. 고체일지라도 이렇게 큰 에너지 가방을 가지고 여기저기 뛰어다니는 것은 안전하지 않다. 일단 방전되면, 즉 전기가 모두 방출되면 배터리의 온도 상승은 1500 도 이상이어야 한다.
즉, 일부 단락이 발생하면 순식간에 전기를 방출하고 배터리 재료의 온도가 1500 도 이상이며 어떤 재료도 안전하지 않다는 것이다. 순식간에 10% 의 전기를 방출하더라도 솔리드 스테이트 배터리의 온도는 180 도에 달하고 리튬 금속은 녹는다.
왜 오리: 40 kWh 의 배터리로 돌아가면, 소용량이 안전을 더 쉽게 통제할 수 있을까요?
왕양양: 우리가 발명한 40 킬로와트시 배터리는 현재 시장에서 가장 안전한 배터리입니다. 첫째, 결국 40 킬로와트시밖에 되지 않는다. 둘째, 양극은 인산 철 리튬으로 만들어졌는데, 이것은 매우 안전하고 열적으로 안정된 재료이다. 셋째, 우리도 흑연 음극이지만, 60 도 작업이기 때문에 흑연 알갱이를 크게 하고 표면적보다 작게 만들어 안전성과 열 안정성을 높일 수 있다. 넷째, 우리는 저압 전해질을 사용한다. 인산 철 리튬의 전압은 3.6/3.7 볼트, 삼원은 4.2/4.3 볼트이기 때문에 전해질이 더 안전하다.
왜 오리인가: 설명해야 할 또 다른 개념이 있습니다. 자, 그라 핀과 흑연 양극의 관계는 무엇입니까? 그래 핀은 왜 핫스팟입니까?
왕양양: 대부분의 응용에서 그래핀은 전기 전도성을 증가시키는 전도제로서 1%, 2%, 3% 와 같이 사용량이 적고 흑연은 에너지 저장 소재입니다. 예를 들어, 이 흑연은 당신을 배불리 먹게 하는 것이고, 그라핀은 조미료와 양념일 뿐입니다.
왜 오리: 앞으로 삼원 리튬 배터리와 인산 철 리튬 배터리를 어떻게 선택해야 한다고 생각하십니까?
왕양양: 삼원 배터리는 에너지 밀도가 더 높지만 안전성이 떨어지고 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다. 코발트도 필요합니다. 코발트는 전략적 금속이기 때문에 명백한 결점이 있다.
심지 재료의 에너지 밀도가 높으면 안전이 떨어지므로 배터리 팩에 안전장치를 많이 만들어 삼원 배터리가 안전하지 않도록 해야 한다. 배터리에 다른 장치를 설치하면 전체 시스템의 에너지 밀도가 낮아지므로 150 kWh 의 배터리는 더 무거운 인산 철 리튬을 선택하지 않을 것이기 때문에 이 차에는 승객이 없을 가능성이 높습니다. 배터리가 작아진 후 리튬 철 인산염은 비교할 수 없는 장점을 가지고 있기 때문에 안전성이 매우 좋고 비용이 매우 낮기 때문에 매우 좋은 선택이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 안전명언)
따라서 다른 경우에, 2 개의 건전지는 유용할 것 이다. 요즘 날으는 자동차의 배터리, 즉 전기비행기의 배터리를 만들고 있습니다. 앞으로 우리 모두는 비행차를 타고 출근할 수 있다. 비행 자동차는 교통 체증 없이 3 차원 교통망을 사용하여 목적지에 도착할 수 있다. 비행차의 경우, 삼원전지가 선호될 것이다. 결국 비행기는 날기 때문에 무게에 특히 민감하기 때문이다.
나는 소형화 기술로 비행차의 배터리를 만들 수 없다. 5 분은 충전할 수 없고, 공중 10 분도 충전할 수 없기 때문에, 나는 이 두 기술이 각기 다른 경우에 각각 유용하다고 생각한다.
왜 오리: 저도 비행 자동차가 궁금합니다. 국내에서 이 프로젝트를 하고 있는 회사를 포함해서요. 연료 엔진을 동력으로 사용한다면, 그렇지 않습니까?
왕양양: 현재 우리 비행차는 수직으로 이륙하고 착륙합니다. 대도시에서 사용하는 교통수단으로 오염과 소음에 매우 민감하기 때문에 연료 사용은 지금의 발전 방향이 아니다.
미래에는 비행기가 지능적이고 무인운전이 될 것이다. 기사가 없으면 좌석의 공간과 사람의 무게를 절약할 수 있다. 이렇게 하려면 비교적 큰 컴퓨터를 갖추어야 하고, 많은 데이터 처리 기능이 있어야 한다. 이때 큰 배터리가 필요합니다. 그래서 휘발유 엔진을 사용해도 큰 배터리를 장착해야 한다. 이 경우 전체 무게는 순수 전동 방식을 능가합니다.
연료차가 스마트카로 전환하는 데는 큰 장애물이 있다. 사용하는 일부 센서는 전기 제어가 필요하기 때문이다. 브레이크를 포함 하 여, 힘 통제는 더 빠르고 정확 할 것 이다.
왜 오리: 미래 트렌드에 대해 말하자면 도요타도 수소 배터리 전동차를 밀고 있어요. 중국과 베이징에서도 수소 에너지 배터리의 시범 프로젝트가 있다. 당신의 의견으로는 수소 에너지 배터리의 추세는 무엇입니까?
왕양양: 저는 수소연료전지를 연구한 지 10 년이 넘었습니다. 그것의 가장 큰 문제는 비용이 너무 높다는 것이고, 또 한 가지 문제는 수명이 부족하다는 것이다. 과학적 돌파구가 필요하고, 비용을 한 단계 낮춰야 상용화에 대해 이야기할 수 있다. 현재 일반 소비자와는 아직 거리가 멀다.
지난 20 년 동안 전 세계적으로 적어도 20 개 회사가 있었고, 각 회사는 수소 연료 전지에 거의 20 억 달러를 투자했다. 제 연구실은 R&D 에 약 3 억 위안을 투자했고, 이 분야에 대한 논문도 썼는데, 상업화 생각은 감히 하지 못했습니다.
-----