纳米技术成为电动汽车电池的下一代核心？
撰文 / 张 鸥
编辑 / 钱亚光
设计 / 师瑜超
来源 / EETIMES，作者：Liam Critchley，题图：奔驰电动G级SUV概念图
从缓慢的充电到糟糕的续航里程，再到不适用于量产使用的过大尺寸——多年来，电动汽车的电池面临着许多挑战。电池生产商和汽车制造商正如火如荼地展开研究竞赛，挖掘更高效的电池原材料。
部分制造商开始将目光转向纳米材料，以获得电池的最大效益。它们不仅可以帮助缩小整个电池尺寸，而且还可以利用其优良导电性和电荷载体特性提高电池性能。
一些被关注的导电纳米材料也已经在其他应用中展示了用于电动汽车的潜力，如超级电容器。利用纳米材料的这些特性进行商业化需要时间，但我们现在处于一个阶段，很快就有机会在公共道路上的汽车中看到纳米材料电池。
（图源：Sila Nanotechnologies）
首次石墨烯电池应用来自中国
电动汽车电池市场的第一个重大发展来自于广汽集团。
2021年，广汽宣布石墨烯基超级快充电池量产测试，在短短8分钟内从0%充电到80%，并有1000公里的续航能力。首款搭载车型将是广汽埃安Aion V汽车，为更广泛地采用纳米增强型电动车电池打开了大门。
这标志着纳米材料在整个电池领域中的重大发展，更不用说电动汽车电池了。鉴于中国对石墨烯的巨大兴趣，中国成为第一个利用这一材料的国家并不意外。
然而，这并不是石墨烯在整个汽车领域的首次亮相。
2018年，福特公司宣布将在引擎盖下使用石墨烯。在使用极少量石墨烯的同时，实现重大的性能改进——降噪、车身更轻以及更好的导热性。福特的使用更侧重于汽车的复合材料、结构方面而不是电子方面。
虽然很容易将石墨烯整合到更多结构性应用的复合材料中，但将其整合到电子系统中一直是各行各业的挑战。因此，这些电池的开发对于石墨烯电子技术的发展同样至关重要。
广汽埃安Aion V▼
（图源：广汽集团）
梅赛德斯采用纳米增强型电动汽车电池
石墨烯电池的开发令人印象深刻，在2022年5月传来了更加令人瞩目的新闻。
梅赛德斯将与初创公司Sila Nanotechnologies合作，为其电动G级SUV汽车开发纳米增强型电池。在这些电池中，阳极材料是由硅纳米颗粒而不是石墨组成。
早在2019年，这家德国制造商就投资了Sila。这次研究对于行业发展尤其重要，因为他们使用硅阳极而不是碳基阳极。
Sila的新闻稿称，创新的高硅阳极材料将提高电池的能量密度，而不影响安全或其他性能参数。与目前市场上具有可比性的电池相比，Sila的技术能使能量密度增加20%-40%，在电池层面达到800Wh/L以上。这一重大发展使梅赛德斯-奔驰能够在相同的空间内储存更多的能量，从而大大增加其未来车辆的续航能力。
硅阳极一直被研究和提出用于锂离子电池，原因是它们具有比石墨高得多的理论能量密度。然而，电池中不断的充电和放电循环会导致硅阳极膨胀，使其迅速断裂并使电池短路。
这一直是一个问题，并且已经提供了几种途径进行解决（主要是通过涂层），但选择使用硅纳米颗粒提供了一种方法来规避硅阳极所带来的传统挑战：电极是多孔的，足以应对使用过程中阳极的体积膨胀。
这些电池仍在开发中，预计到2024年进行大规模生产，2025年进行商业使用，目前在充电和续航方面没有太多的数据。尽管如此，利用硅纳米粒子阳极，预计将产生一个能量密度比今天使用的电动汽车锂离子技术高20%的电动汽车电池。
鉴于汽车行业的竞争性质，如果像梅赛德斯这样的公司对纳米材料增强型电池给予如此大的信任，那么它很可能为全球更多的汽车公司向纳米材料增强型电动汽车电池进军打开大门，争相在性能上保持领先。
华盛顿州摩西湖的Sila纳米技术设施▼
（图源：Sila Nanotechnologies）
广汽集团和梅赛德斯-奔驰的研究对纳米材料电池的未来发展具有重大意义。
人们数年来一直在努力使石墨烯或硅等材料进入功能性的高端电池系统，而现在，纳米增强型电池将在日常车辆中上路使用，标志着纳米技术在电动汽车电池领域即将进入下一站。
有越多的制造商在电动汽车上采用这些电池，它们的发展前景和性能就会变得越好，这很可能打破在电池领域存在已久的现状。
鉴于纳米材料在汽车领域的应用（不仅仅是在电池中）和更多传统材料的挑战，如果纳米增强电池未来几年在Aion V和梅赛德斯的G级车中运行良好，那么我们可能会看到越来越多的纳米增强电池被用于日常车辆中。
迄今为止的测试显示了良好的结果和广泛使用的前景，唯一可能阻碍纳米增强电池使用的是，它们在日常生活中使用时没有体现出高度的长期稳定性或安全性——这一点，就要过些年我们才会知道。
本文由汽车商业评论原创出品
转载或内容合作请联系说明
违规转载必究