聚焦碳中和 豐田的電動化為什麼「和而不同」

聚焦碳中和 豐田的電動化為什麼「和而不同」

就在前两天,豐田發布了最新的投資計劃,預計到2030年,將在美國投資34億美用於汽車電池的開發和本土化生產。對於豐田全球電池研發和生產計劃來看,只是135億美元中的一小部分。而另一邊豐田章男公開轟純電動車會摧毀日本經濟,似乎僅對於日本而言,也不全無道理。但是可以明確的是豐田正在加快電動化的布局,並於近段時間發布了2030年的電池戰略。

  首先從豐田2030年電池戰略來看,主要分為電池的研發和供應兩部分。從研發來看,為了能夠進一步降低車輛的價格,以及推進車輛及電池的一體化研發,就必須從降低研發和製造成本做起,預計實現每輛車的電池成本降低50%。

  除了電池的研發,再一個就是電池的供應,構建靈活、完善的供應體系,以應對電動化進程中不斷增長的電池需求。

  而對於電池供應網絡的搭建,本土供應鏈的搭建和生產顯得額外重要,這也是為什麼豐田將投資12.9億美元在美國成立一家電池工廠的原因,畢竟豐田預計到2030年,在美電動車銷量將從現有的25%提升至70%。

  到2030年,豐田將會進一步的提高產能,提供達到200GWh以上的電池,才能滿足電動車的普及帶來的電池增長。

豐田在鎳氫電池上的執着

  眾所周知,豐田憑藉著一款混動的普銳斯詢底價|查參配)在全球打開了市場,而插電混動車型是在2012年的時候才開始在市場上面投放,並且剛開始的銷量也是相對比較低迷的。

  而豐田在HEV非插電式混合動力車型上對鋰離子電池並不感冒,但是對鎳氫電池又情有獨鍾。因為其成本更加低廉、循環壽命更長、低溫性能更好等優勢,對於主要由發動機驅動車輛,電機只是起到輔助作用的HEV非插混車輛而言,能夠有效的避免能量密度較低、充電效率低等劣勢。

  在鎳氫電池上的發展,豐田將推出「雙極性」結構的鎳氫電池,並首次搭載在新款AQUA車型上。首先與老款AQUA車型的鎳氫電池相比,在體積相同的條件下,電池的輸出功率約為之前的兩倍,並且使車輛的加速性能更加的線性。

  雙極性鎳氫電池的原理是在中間的集電體兩側,分別布置了正極和負極材料,這就構成了所謂的「雙極性」。首先最顯著的優勢就是節省空間,省去了電芯外殼體和空間的佔用。

  再一個就是模組技術,使整個模組看上去就是雙極性鎳氫電池就行堆疊而來,使整個電池包的模組降低,提高集成效率。

豐田HEV車型率先搭載「固態電池」

  而對於豐田下一代的純電車型而言,充分借鑒自1996年以來推出的RAV4 EV所取得的技術發展,並將於2022年6月前發售「BZ4X」。該車是「TOYOTA bZ 」全新純電動專屬系列中的首款車型,也是基於e-TNGA平台打造7款純電車型中第一款車型。

  如果說豐田多年研發HEV車型所累積的技術,只是打基礎的話,那麼豐田基於全新純電架構的車型則該到了「交作業」的時候。

  當然,全新的純電車型肯定離不開更加高品質的電池,首先是在液態電池的材料上和結構上進行升級,除了方型結構的電芯之外,預計還將推出軟包等結構的電芯,使電池包的質量更輕,並且整體的靈活性和匹配性也會更高。

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  去年6月,搭載豐田全固態電池的電動車,已經進行了路試,目前已經到了獲取車輛行駛數據的階段。全固態電池相比於液態電池,主要在電解質和隔膜上做文章。

  全固態電池就是將固態電解質完全取代掉電解液和中間的隔膜,因為電解質呈固態的形式,大幅提升電池的能量密度,在相同體積的情況下擁有更好的續航里程。

  此外,全固態電池相比於液態電池遇到高溫時的劇烈反應不同,固態電解質更加的耐高溫和耐高壓。由於在材料以及結構上的優勢,電池在大電流的工作下不會發生刺破隔膜而導致的短路破壞,以及不會因為有機液體在高溫下的氧化分解,從而加速燃燒。

  目前全固態電池仍然面臨着成本和製作工藝的問題,導致全固態電池在傳統電池的市場上未能早日推出。但是全固態電池在與傳統鋰電池的差異化競爭中,仍然具有比較大的優勢,這也是包括蔚來在內的其他車企電池發展的主流規劃。

  對於豐田的全固態電池的發展來說,將會率先應用於HEV車型中,而實現從HEV車型到純電動車型中,還需要解決的課題是「高容量電池的壽命」。

  由於無機固態電解質與鋰金屬負極界面的相容性很差,這就會造成在長時間的使用後會產生巨大的界面阻抗,以及鋰枝晶的生長,加速電池的實效,所以就需要尋找更好的釋放劑作為固態電解質界面的材料。

氫動力車型的孤軍奮戰

  豐田不光是在純電動車型上發展,在氫動力車型同樣快速的推進。早在上個世紀70年代,日本就已經制定了關於氫能源的計劃,而第一款用氫燃料電池車輛正是豐田的Mirai。

  據此前數據統計,假設日本直接向純電動車轉型,那麼就意味着日本每年損失800萬輛的汽車產量,日本製造商將會面臨嚴重的打擊。從這個角度來看,似乎在日本更適合氫能源的發展,因為日本有超60%的氫都是使用電解法制氫,而全球只有不到5%的氫是通過電解獲得的,這也更符合日本的能源優勢。

  但是,氫能所要面臨的「製造」和「運輸」,以及涉及大量的基礎設施建設,仍然是阻礙氫燃料電池車快速發展的原因的之一,而純電動車只要解決充電樁的問題,似乎目前所面臨的問題都迎刃而解了。

  此前,豐田章男認為「氫燃料發動機只能堅持三五個小時是不夠的,必須達到可維持跑完24小時的水準」,所以我們也期待豐田氫動力車型有更好的發展吧。

未來仍然以HEV車型為主

  到2030年,豐田預計將在全球市場銷售新能源車型達800萬輛,其中純電動車型和燃料電池車型將達到200萬輛,其餘的車型均為HEV車型,這一目標與全面向純電動市場轉型的其他傳統車企還是有一些區別的。

  根據豐田品牌的預計,每3輛 HEV車型等於1輛 EV車型的二氧化碳減排效果,通過普及HEV車型,即可通過少量的電池,有效減少二氧化碳排放,從而加速電動化的推進,這也是豐田以HEV車型為主的原因之一。

  而對於已經擁有豐富可再生能源的地區,將會快速的普及純電和氫燃料電池車型,才能進一步促進「零排放」車型的快速普及。

全文總結

  從行業的總體發展來看,豐田在推動電動化的普及速度上似乎有所緩慢,讓以特斯拉為首的新能源車企能夠快速的佔領市場。但是以豐田的影響力,現在努力的迎頭趕上,依然能夠在電動化市場中擁有足夠的話語權。

  (文:太平洋汽車網 崖雍)

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