英7大高校联合成立“法拉第电池挑战计划”项目研发未来电池技术

在推动高端自动驾驶的电池研发与提升制造能力方面，研究型大学正扮演着越来越重要的作用。目前，在欧洲几个最新的多方合作项目中，有一个由英国政府投资的项目，就很好地完成了为顶尖大学与汽车产业牵线搭桥的任务，这个项目就是“法拉第电池挑战计划”（ Faraday Battery Challenge）。（小编注：该计划与Faraday Future汽车没有任何关系）

为帮助完成这一计划，法拉第电池研究机构应运而生。这个最近才官宣成立的研究机构，将协调英国的学术研究团队和行业公司，积极开展研究合作。该机构将整合七所英国顶尖大学的资源，力求在电池技术的基础研究上加快进展。七所高等学府分别为华威大学、帝国理工学院、伦敦大学学院、剑桥大学、牛津大学、纽卡斯尔大学和南安普顿大学。

捷豹的I-PACE电动SUV搭载的是电能90千瓦时的锂电池包，这款概念车将在短时间内投产

英国华威大学制造集团高级推进系统教授David Greenwood前不久接受了SAE欧洲部编辑Stuart Birch的采访，透露了不少有关这一新机构的信息。

David Greenwood教授谈到电池技术的未来发展时说：“我们需要其他能源技术来帮助实现突破。”

SAE：据说该机构的目标是要在电池研发上探索出“独具匠心的技术”。能讲一下这些技术大概的情况吗？效果最显著的领域是哪些？

法拉第机构的核心理念就是要做“有应用潜质的基础研究”。也就是说，要让相同领域的科学家和技术专家一同开展工作，着眼于未来技术，并将这些跨时代的技术投入应用。

在开始阶段，我们会把重点放在汽车行业，因为在这一领域急需低碳解决方案。但事实上，其他部门像是电网、海运、航空航天等领域，也都会在我们的研发范围内。

法拉第研究机构所进行的研究课题，都是业内公认困难重重的项目，因此研究的重心都会放在那些最阻碍研发进展的疑难问题上。而在电池技术研发方面，最先考虑的几大问题将会是电池性能衰减、多尺度数值建模、固态电池以及电池再利用/循环经济等。

这其中有一个十分重要的想法，就是项目无论怎样调整，投入的重点始终放在有望加快研发进展的部分。我们将会有意识地扩大研发范围。电化学和材料技术很重要，但我们不会拘泥于此，而是要从更广的角度考虑系统、设计、制造以及集成等问题，这些都会对技术研发产生巨大影响。因此，我们会让不同学科领域的专家——包括化学家、工程师、数学家、经济学家以及物理学家等等，共同协作，攻克难题，

SAE：外界普遍认为，能量密度过低、成本过高、车重太大以及充电时间太长等问题，始终困扰着电动汽车的进一步推广。您有信心成功且圆满地解决这些问题吗？

可以看到，锂电池技术的发展很快，如今已使用在了电动汽车上。举例而言，电池的体积能量密度在15年间已经翻了一番，而成本则在近5到10年间减少了75%。我们认为这些都是技术优化、部件量产以及市场活力提升的成果。

研究显示，通过不断优化当前系统、研发新型化学技术，及整体系统的设计与整合，技术上获得持续提升不无可能。

而这方面的挑战在于新的技术目前尚处于“概念论证”阶段，要得到完全认可并作为量产产品走向市场，则还至少需要8到10年的时间。

如今我们用在电动汽车上的化学技术，都是这数十年来实验室研发的成果。商用汽车电池是长期研发的结果，通过反复优化和验证，最终得以大批量生产，以满足不同特殊需求，普及到整个行业。

这也是为什么协作研究、开发和扩大再生产都不可或缺。基础的电池动力创新只是万里长征第一步。这一技术要落实到各种具体应用上，就会涉及更高标准的质量、耐用性、安全性和其他性能，因此，急需进一步研发来应对生产制造过程中各种错综复杂的情况。

SAE：锂电池技术是否有可能解决电池动力研发的中期挑战呢？燃料电池的情况又是如何？

考虑到既有产品的成熟度以及对其他动力能源的研发需求，业内普遍认为锂电池将会是未来8到10年汽车领域最适合的化学解决方案。

事实上，想要优化锂电池，以满足汽车应用的各种需求，我们还要做很多事情，比如重新设计电芯的形式和结构，使用硅复合材料，或是对电池寿命和老化曲线做出更精确的预测。不过，说到底，电池的材料只是其中一个环节。若能提升电池单体、电池模块以及电池组的效率，就能极大地降低成本，自然益处良多。而尽管很多高校和汽车厂商都在积极跟进燃料电池方面的研发项目，但燃料电池技术却并不在法拉第研究机构的计划之内。

SAE：如果锂电池不能满足电动汽车长期的需求，对于中长期的供给而言，何种高能量密度的技术能成替代锂电池呢？

英国汽车委员会已为发展未来的电池技术设定了宏大目标，将投资的重心放在研发上，研究领域将涵盖成本、能源和功率密度、电池寿命以及安全性等诸多方面。正如我所言，锂电池技术还有很多方面有待优化。

然而，如果我们要完成汽车行业的这些宏大目标，就需要其他替代技术来推动进步。

我们已经对很多锂电池的替代技术进行了研究，考察其发展潜力。比如，锂硫电池就在很多应用中表现出了很高的重量能量密度，但也存在诸如安全性、使用寿命以及体积能量密度不足等缺陷。

固态电池也在观察之列，并且确实可以提高电池安全性和能量密度。不过目前从生产制造的角度而言，应用成本还是太过高昂。

值得注意的是，替代技术只强调提升能量强度是不够的。有些替代品——像锂空气电池，能量密度很高，但功率密度却不够，而这恰恰是汽车业的发展所不可或缺的。

举例而言，有时我们可能会为不同的汽车市场制定相应的解决方案，对高端市场和低端市场的处理方式会有所不同，而续航里程也未必是决定性的因素。另一种化学技术——钠离子电池也已投入市场，或将成为锂电池在低端市场的替代品。对于注重成本控制，而并不需要将能量密度最大化的汽车而言（如成本极低的车辆或轻型汽车），钠离子电池是十分理想的选择。

SAE：汽车业是否应该认清事实，停止有关电池是否越大越好的争论，而去思考在路面上实现无线动态充电的可能呢？目前这些潜在的解决方案是否太过遥远，要建设充电基础设施是否也太过复杂？

汽车行业急需新型的低碳解决方案来取代传统的内燃机，因而正成为这一领域的领导者。法律法规也在推动这一进程的进展，国家和城市地区的相关政策也都将继续关注减排和空气质量的提高。

建立高度依靠基础设施的充电解决方案是一项非常复杂的工作，不仅需要跨部门协作，也需要国家进行更大的投入和干预。汽车业正在研制一份电池技术“路线图”，就现在到2030年之间的各阶段发展做出详细的规划部署。而基础设施建设所需时间更长，但也需要与电池技术一同发展。

电池技术能很好地匹配乘用车的需求，因为人们能合理安排时间为车辆充电，比如在夜里或是白天上班时都可充电。在短期内，这同样也是一个成本相对较低的解决方案。

而对重型货车或是商用车而言，电池的续航能力则将受到更大挑战。长远来看或许会采用动态充电的方案来应对这些问题，比如无线充电技术，或是接触网与受电弓技术。

而这一方案的问题是，动态充电需要实时电力供应，这就意味着有些时候可能会出现电能供应不上的情况，比如上下班高峰时段。而在路面铺设无线充电网给卡车充电则需要每英里（1.6公里）大约一兆瓦的电能。若是如此，则需要为主要道路电网提供新型的发电系统，以及高功率的连接装置。这类解决方案大概还需要几十年的准备，因为要进行覆盖全国的基础设施建设，不是一朝一夕能完成的。