法國納米材料公司NAWA Technologies打算對(duì)汽車行業(yè)使用的“混動(dòng)”一詞增添一層新涵義，它希望將基于碳納米技術(shù)的高效超級(jí)電容器與鋰離子電池結(jié)合起來，為大體積電動(dòng)汽車提供雙重電源。

NAWA聲稱，這個(gè)名為超快碳電池（UltraFast Carbon Battery）的技術(shù)已進(jìn)入試投產(chǎn)階段，其功率和能源密度比現(xiàn)有的超級(jí)電容器高3-5倍。

NAWA表示，其長期目標(biāo)是將混合超級(jí)電容器電池的充電速度和壽命提升至，甚至超過當(dāng)前（或更高級(jí)的）鋰離子電池。

公司CEO Ulrik Grape表示，基于公司的研發(fā)成果，他有充分理由相信一種徹底的儲(chǔ)能系統(tǒng)的量產(chǎn)可以解決目前的許多問題，有助于改變公眾對(duì)電動(dòng)汽車電池功率的認(rèn)知。

“我們的超快碳電池的獨(dú)特之處在于我們自主研發(fā)的垂直排列特殊涂層納米管，該技術(shù)可以提升碳納米管或基礎(chǔ)電容器的能量密度，”Ulrik Grape告訴《汽車工程》雜志。

“我們能夠以超快的速度接收并釋放電荷，這個(gè)高功率技術(shù)可以幫助汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)越來越高的能源密度目標(biāo)?！盙rape于2017年加入NAWA，此前他是加州固態(tài)鋰離子電池創(chuàng)業(yè)公司SEEO的管理人員，后者最近被博世收購。

NAWA聲稱，其新一代能量回收電池可“在幾秒內(nèi)充放電100萬次循環(huán)”，非常適用于無人駕駛汽車，尤其是共享汽車。由于該電池是基于碳制作的，因此不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)儲(chǔ)能電池的各種高溫問題。此外，它與氫燃料電池的技術(shù)也十分匹配。

這就是NAWA的新技術(shù)，目前正在該公司位于法國南部的工廠中開展試生產(chǎn)。

回收制動(dòng)能量

NAWA是“用納米技術(shù)對(duì)抗全球變暖(NAno technology to fight against global WArming)”這句公司創(chuàng)立宗旨的關(guān)鍵字縮寫，它是法國原子能與替代能源組織（CEA）的衍生企業(yè)，于2013年成立。其創(chuàng)立者堅(jiān)信可以將電池的儲(chǔ)能容量提升至現(xiàn)有電池的五倍，而這將在電動(dòng)汽車的發(fā)展中扮演重要角色。

NAWA電池的一個(gè)重要特征就是均勻涂覆聚合物的納米管。為什么納米管的垂直排列如此重要？Grape表示：“這樣做可以對(duì)電子和離子加以管束，使它們沿著整齊的路線，而非隨機(jī)的路線運(yùn)動(dòng)，就像是牙刷上排列整齊的刷毛一樣！”

超快碳電池能夠以極高的速度釋放電量（與傳統(tǒng)電池相比較，極小的電池可在幾秒或幾毫秒內(nèi)釋放，而且對(duì)溫度的依賴也更少），以滿足突然加速的要求。更為重要的是，這種功能還有助于充分回收制動(dòng)能量。Grape認(rèn)為汽車行業(yè)尚未對(duì)這一點(diǎn)給予足夠重視，但他表示OEM和供應(yīng)商對(duì)新技術(shù)的態(tài)度的確變得越來越開放了。

“歐洲企業(yè)對(duì)我們的新電池表現(xiàn)出濃厚的興趣，”他表示?！霸谝粋€(gè)48V或容量更大的系統(tǒng)中，我們可以回收90%以上的制動(dòng)能量。”NAWA的研發(fā)工作包括一款電動(dòng)方程式汽車的混動(dòng)電池的模擬，該電池由鋰離子電池和NAWA的超級(jí)電容器組成。該項(xiàng)目看似有點(diǎn)跑題，但Grape認(rèn)為它非常重要?！拔覀冄芯苛硕鄨?chǎng)比賽的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在僅使用鋰離子電池的情況下，轉(zhuǎn)彎處的制動(dòng)能量回收率僅為20%左右”。

減重與成本

Grape認(rèn)為，借助超級(jí)電容器和鋰離子電池還能實(shí)現(xiàn)顯著的車身減重?！白畛蹼A段可以將車身重量從300公斤減至200公斤，之后再想減100公斤就必須對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化了。但是目前我們的電容器容量還不及鋰離子電池，因此不能聲稱可以取代它們。我們的系統(tǒng)可以和鋰離子電池聯(lián)合運(yùn)行。儲(chǔ)能是通過整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，而不只是依靠我們的技術(shù)?！?/p>

還有一點(diǎn)重要的是，整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命會(huì)比僅有鋰離子電池的系統(tǒng)更長，因?yàn)槌?jí)電容器和鋰電池可以分工合作，前者擔(dān)任負(fù)重任務(wù)，后者負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛。

使用高效超級(jí)電容和能量回收技術(shù)有可能延長汽車的行駛里程，但Grape對(duì)這個(gè)話題較為謹(jǐn)慎。

“根據(jù)我們和汽車行業(yè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的討論，我們估計(jì)里程的延長可高達(dá)40-50%，但目前說這些還太早了，”他表示。

汽車行業(yè)中任何新技術(shù)的誕生都繞不開成本話題。Grape認(rèn)為其電池的成本會(huì)比現(xiàn)有的超級(jí)電容器“低幾個(gè)數(shù)量級(jí)”，但具體數(shù)字還等待進(jìn)一步的確認(rèn)。

超快碳電池的核心技術(shù)和生產(chǎn)工藝與光伏電池“非常相似”，但是針對(duì)汽車應(yīng)用的大規(guī)模生產(chǎn)還需要投入全新的工藝。

光伏電池的生產(chǎn)工藝通常是在電池外部涂覆一層由幾十種粉末、添加劑和粘合劑組成的混合物，而NAWA的工藝則不同。它們首先注射一種包含大量碳原子的液體，然后將其汽化，使一層均勻、堅(jiān)固、柔軟的垂直排列納米管“地毯”自動(dòng)生長。

NAWA的試投產(chǎn)在其位于法國普羅旺斯地區(qū)艾克斯的胡賽研發(fā)工廠進(jìn)行。第二批試投產(chǎn)線預(yù)計(jì)于2019年建設(shè)完畢并開展生產(chǎn)。電池的最初應(yīng)用預(yù)計(jì)為動(dòng)力工具，接著會(huì)與汽車行業(yè)開展合作，這也是汽車行業(yè)引進(jìn)新技術(shù)的慣常做法。Grape表示，公司計(jì)劃在未來4-5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)首批汽車應(yīng)用，接著實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

NAWA的創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營官PascalBoulanger補(bǔ)充道：“最讓人激動(dòng)人心的是超級(jí)電容器的巨大潛力。通過超快碳電池，我們成功地將納米技術(shù)和最好的清潔技術(shù)結(jié)合了起來?！?/p>