純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

近來,關於純電動汽車是汽車未來發展方向,在不久的將來會全面普及並替代燃油汽車的鼓譟以及充電化學電池技術“重大突破”的新聞不絕於耳,但事實果真如此嗎?

純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

其實純電動汽車比內燃機汽車的歷史更長,完全不是什麼新事物或高新技術,更不是什麼新能源。表面上看純電動汽車有許多內燃機汽車無法比擬的優勢,例如:電動機固有的扭矩特性使其不需要複雜的機械變速器、無需複雜的機械四驅系統就能方便地實現響應迅速的四驅功能,行駛噪音低、沒有尾氣排放等等,尤其是現代電力拖動控制技術和功率半導體變流技術的成熟使電力驅動日益廣泛地應用於各種工業領域和軌道交通領域,按理說電動汽車早就應該全面取代內燃機汽車了。然而,事實卻恰恰相反,純電動汽車在汽車發展史上數次被內燃機汽車淘汰,最終淪為車間叉車和公園觀光車。原因何在?

純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

那就是因為純電動汽車目前採用的動力源——化學充電電瓶在基礎技術原理和基礎技術路線上具有以下無法克服的缺陷:

1、能量密度過低

化學充電電瓶的電化學反應從化學原理來說本質上仍然是氧化還原反應,只要是氧化還原反應就同時需要氧化劑和還原劑。燃油汽車的油箱只需要攜帶還原劑——燃油,而不需要攜帶氧化劑,因為氧化劑來自空氣中的氧氣。但化學充電電瓶卻不能利用空氣中的氧氣,因此電瓶中既需要攜帶還原劑又需要攜帶氧化劑,僅此一最基礎的技術原理就決定了化學充電電瓶的能量密度永遠不可能達到燃油的能量密度。其次燃燒氧化還原反應遠比電化學氧化還原反應直接和劇烈,化學反應過程的基礎技術原理也決定了即使只比較化學充電電瓶中還原劑的能量密度,也無法達到燃油的水平。因此化學充電電瓶能量密度遠遠低於燃油是由其最基礎的技術原理決定的,是絕不可能通過改進材料和工藝解決的,只有科盲才會相信什麼石墨稀、納米點等忽悠型“高科技”可以大幅提高其能量密度。

2、充電時間過長

現代燃油汽車加油幾分鐘就可行駛七、八百公里是很平常很輕鬆的事,有的燃油汽車加油幾分鐘甚至能行駛上千公里。而電動汽車百公里電耗大約在16至23度之間,如以百公里電耗19度計算,要達到燃油汽車的較低水準——充電5分鐘行駛里程七百公里,充電功率就將高達近1.6MW,不但電瓶電化學反應過程絕對不可能達到如此之高的能量強度,而且在流動的電動汽車上實現電功率如此之高的活動電氣連接也是非常困難的。因此化學充電電瓶的能量補充時間遠遠長於補充燃油也是由其最基礎的技術原理決定的,也是不可能通過改進材料和工藝解決的。

3、循環及低溫衰減明顯

電化學反應過程的基本化學原理決定了其每次循環還原劑不可能被完全徹底地還原,同時電化學反應過程受溫度影響明顯,低溫會顯著降低其活性。因此電瓶一兩年後衰減嚴重、冬季儲能大幅下降也同樣是由其最基礎的技術原理決定的,改進材料和工藝或許可以稍許改善,但決不可能從根本上解決。

4、成本高壽命低

化學充電電瓶的基礎材料、生產製造和回收工藝決定了其成本較高,而其循環衰減特性又決定了其壽命很低。

而且上述這些缺陷還相互交織、相互加重不利影響。例如:能量密度過低導致續航過短,使充電時間過長的問題更突出,而充電時間過長又反過來使續航過短的問題更加突出;能量密度本來就低,而循環及低溫衰減嚴重又使能量密度過低的問題更加嚴重;本來製造成本就高,而衰減嚴重壽命又短,使製造成本高的問題更嚴重。

純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

這裡不妨再例舉幾個真正改變人類生活的偉大發明,看看它們與化學充電電瓶的巨大差別:

1、 蒸汽機車

19世紀初期,蒸汽機車發明時,每小時只能跑8km,許多人不相信蒸汽機車會比馬車跑得快,然而到了20世紀初期,僅僅經歷一百多年,蒸汽機車的最高時速就達到了120km,牽引力更是達到了發明時的上千倍。

2、 飛機

1910年萊特兄弟發明的人類第一架飛機留空時間僅有短短12秒,飛行距離僅有微不足道的36米,不超過現代普通客機機艙的長度,然而到今天,同樣僅僅經歷一百多年,現代大型客機就能載人數百載貨數噸在近萬米高空以近千公里時速輕鬆跨越大洋,而戰鬥機速度能輕鬆超過2馬赫。

3、 計算機

1946年美國軍方定製的世界上第一臺電子計算機需要裝滿一個房間,重達28噸,運算速度卻僅為每秒5000次加法,然而到今天,每兩年計算機就性能提高一倍,價格下降一半。短短几十年,隨便一個Ipad的計算速度和存儲能力都以M或G為單位。

4 、互聯網

1969年,美國阿帕的兩臺在異地的計算機第一次被連接在一起,實驗計劃傳輸幾個字母,實際僅傳輸了兩個字母網絡就出了問題,然而到今天,仍然只有短短几十年,互聯網已經連接了全世界數以億計的計算機和無線移動設備,網上的服務器節點不僅能傳輸海量數據,還能完成雲計算雲服務。

而誕生於19世紀中期的充電化學電池,距今已超過160年,其能量密度依然只有區區零點幾MJ/Kg,充電時間仍以小時計,循環及低溫衰減依舊,一直都只能作為提供應急或輔助、補充供電的技術配角,這是為什麼?本質原因乃是真正改變人類生活的偉大發明在基礎技術原理和基礎技術路線上都沒有嚴重缺陷,所以其性能可以在短時間內巨幅提升,從而得到迅速推廣和普及應用。

化學充電電瓶能量密度過低、充電時間過長、循環及低溫衰減明顯、成本高壽命低等缺陷早就被技術理論和工程實踐反覆證明了是不可克服的,而對於汽車這種以流動性、靈活性、便利性、經濟性為主要要求的交通工具來說,恰好全都是致命的,因此它完全不適用於汽車。給消費者帶來便利是商品最基本的屬性之一,一個商品要取代原有商品,在便利性上應該超越原有產品,至少也必須達到同等水平。不幸的是純電動汽車的便利性和靈活性卻遠遠低於燃油汽車。在人類找到有效的電能移動存儲和電能快速補充技術之前,純電動汽車完全是空中樓閣,必將再次被燃油汽車淘汰,這不是靠政策、口號、炒作或美好願望、幻想就能改變的客觀規律。

補充一點內容:

本文只是說了化學充電電池本身的問題,沒有提到充電設施問題。事實上充電設施建設本身也有很大問題,如果電動車普及,目前國內的居民、商業電網根本無法滿足電動車充電需求,需要重新建設大量專用的變配電站及電網,在工程經濟方面不具可行性。此外以電動車極低的續航能力和極長的充電時間,如果電動車普及,需要大量密集的充電樁和充電停車位,無論土地資源、工程經濟方面都更不具可行性。

純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

有人提到換電方案,再次補充有關換電的問題:

先說結論,採用更換電池的換電站有很多難以解決的問題,是不現實的。就連特斯拉自己嘗試後也覺得不可行,準備放棄了。換電站模式的問題主要如下:

1、如果化學充電電池及其管理系統不能統一,大規模的電池互換換電站就不可能實現。但化學充電電池及其管理系統卻是純電動汽車最關鍵最核心的部分,如果將這個部分獨立於純電動汽車由某一個壟斷公司統一研發、設計、製造,那麼市場競爭將會被消除,純電動汽車這個最關鍵最核心的部分也就失去了技術進步的動力,而目前化學充電電池能量密度過低、充電時間過長、循環及低溫衰減嚴重、成本高壽命低,性能非常低級,失去技術進步的動力只能立即再次被內燃機汽車淘汰。同時由於化學充電電池及其管理系統成本過高,其成本在整個純電動汽車中佔比最大,利潤也最大,將這個部分獨立出去,所有的純電動汽車整車廠商也絕不會答應。

2、化學充電電池及其管理系統是全世界統一還是各個國家國內統一?如果全世界統一,那就意味著在這一領域必須實現世界大同和共產主義,這在目前的世界政治、經濟格局下完全沒有任何可能性。如果各個國家國內統一,那麼汽車進出口貿易就將遭受重創,這在目前世界經濟一體化加劇的情況下,各國也絕不會答應。

3、前面已經提及,目前化學充電電池對於汽車而言性能非常垃圾,電池管理系統也還有巨大改進空間。而統一化學充電電池及其管理系統,需要付出極大的政治、經濟、技術代價,如果按現在的技術水平統一,那麼今後每次取得大的技術進步,都需要再次付出極大的政治、經濟、技術代價,所以這也是得不償失的。

4、化學充電電池成本高壽命低,不同新舊程度的電池必須能在大量的換電站自由流通,換電站也必須統一壟斷經營,對於統一壟斷經營換電站,前述的所有問題同樣存在。

5、化學充電電池能量密度過低,體積和重量過大,迅速換電需要大量中大型換電機器人,初期資本投入巨大,且化學充電電池及其管理系統每次有較大技術進步時,都需要投入巨大的改造成本,所以也是得不償失的。

純電動汽車真的能取代燃油汽車嗎?

綜上,受化學充電電池一系列致命缺陷和政治、經濟制約,在可預見的未來,化學充電電池純電動汽車換電站模式無論在技術方面還是政治經濟方面都是不現實的。


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