這幾天，院士“炮轟”1000公里續(xù)航電動車的新聞又登上了熱點。近年來，由于各個企業(yè)對電動汽車電池技術(shù)的不斷大力投入，電池方面的技術(shù)進(jìn)步確實很快。不過，不同于新興科技，電動汽車擁有百年多的歷史，比燃油汽車還要悠久，為什么到如今還未形成完善的技術(shù)呢？
歷史原因：188年的起落沉浮
說起電動汽車的歷史，我們其實很難為它找到一個固定的歸宿——例如歸屬于某個發(fā)明者或是某個發(fā)明國家，因為是1800年以來從電池到電動機(jī)的一系列突破共同鑄就了第一輛電動車的誕生。從19世紀(jì)至今，看似電動汽車擁有將近200年的歷史，但其實真正擁有技術(shù)進(jìn)步的時間不足90年。
[1910-1935，電動汽車的輝煌短命王朝]
19世紀(jì)初，匈牙利、荷蘭和美國的一批革新者就開始研究“電池驅(qū)動汽車”（a battery-powered vehicle）的概念，并創(chuàng)造了首批小型電動汽車（1834年左右）。英國發(fā)明家羅伯特·安德森（Robert Anderson）大約也在同一時期研發(fā)出了第一輛電動馬車（1832年左右）。不過直到19世紀(jì)下半葉，法國和英國的發(fā)明家才制造出了第一批真正實用的電動汽車（1881年左右）。
羅伯特·安德森和他的第一輛電動車輛 | AutomoStory
在美國，由于沒有噪音、汽油臭味，以及易于駕駛，電動汽車很快受到城市居民的歡迎（特別是女性）。在1910-1920年間，隨著越來越多的人開始使用電力，電動汽車充電變得越來越容易，從而在各行各業(yè)里都得到了普及。當(dāng)時，許多創(chuàng)新者都注意到了電動汽車的巨大需求，并探索了改進(jìn)技術(shù)的方法。例如，保時捷的創(chuàng)始人費(fèi)迪南德·保時捷（Ferdinand Porsche）在1898年就開發(fā)了一款名為P1（the P1）的電動汽車。大約在同一時間，他又創(chuàng)造了世界上第一輛混合動力電動汽車。逐漸地，電動汽車和汽油車的價格越拉越大。到1912年，汽油車的售價僅為650美元，而電動跑車的售價為1,750美元。同年，查爾斯·凱特林（Charles Kettering）推出了電力起動機(jī)，不再需要手搖曲柄，從而增加了汽油動力汽車的銷量。到了1920-1930年間，美國的道路系統(tǒng)變得愈發(fā)完善，隨著得克薩斯州原油的發(fā)現(xiàn)，天然氣價格逐漸下降同時還可供美國鄉(xiāng)村地區(qū)居民使用，自此加油站開始在全國范圍內(nèi)興起。相比之下，當(dāng)時很少有城市以外的美國人能有電可用。到1935年，電動汽車就幾乎全部消失了。
1898年保時捷的第一輛電動汽車 | Weird
[1970-1990，電動汽車回春又跌落]
電動汽車在接下來的30多年里進(jìn)入了一個至暗時代，技術(shù)進(jìn)步很小。廉價，豐富的汽油以及內(nèi)燃機(jī)的持續(xù)改進(jìn)使人們不再需要電動汽車。不過到60年代末70年代初，油價的飛漲和汽油的短缺使電動汽車又重回人們的視野，以此來降低美國對外國石油的依賴。但是由于技術(shù)的不完善，開發(fā)和生產(chǎn)方面存在的缺陷，以及有限的性能，人們對電動汽車的興趣又都慢慢下降了。
[21世紀(jì)，電動汽車迎來復(fù)興時刻]
在1990-2000年的這段時間里，在美國，由于政策的傾斜（環(huán)境為重），能源部的支持，以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在需求端，消費(fèi)者不再一心想要省油的車輛；在供應(yīng)端，科學(xué)家和工程師也都在緊鑼密鼓地研制改善電動汽車技術(shù)（包括電池）。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，1997年豐田普銳斯（Pirus）的推出（世界上第一批量產(chǎn)的混合動力電動汽車）以及2006年特斯拉的創(chuàng)立成功重塑了電動汽車行業(yè)，才為電動汽車帶來了真正的重生。
技術(shù)原因：電池技術(shù)發(fā)展，可革新，難革命
其實，從1800年初意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明的伏打電堆（voltaic pile）到目前的鋰離子電池，電池已經(jīng)經(jīng)歷了飛躍式的發(fā)展。但是相比電子產(chǎn)品，電池技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
[基礎(chǔ)學(xué)科理論轉(zhuǎn)為實踐，難！]
帝國理工戴森工程學(xué)院的教授比利·吳曾表示：“在微處理器領(lǐng)域，一切都只為了把東西做得更小。但到了鋰離子電池這邊，如果你想提高能量密度，換句話說就是增加手機(jī)的續(xù)航時間，那你就必須要從根本上改變電池里的材料。”電池技術(shù)的發(fā)展與材料學(xué)和化學(xué)的發(fā)展緊密相連。材料學(xué)和化學(xué)都是基礎(chǔ)學(xué)科，但是將這類學(xué)科的研究成果轉(zhuǎn)化成實用技術(shù)十分困難。一項成熟的技術(shù)不僅僅是提供一份帶有漂亮數(shù)據(jù)的成果論文，而是產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都要適應(yīng)市場才能實現(xiàn)商用。所以從這個角度來想，電池技術(shù)發(fā)展的緩慢與儲能技術(shù)的遞進(jìn)規(guī)律是相符的。
[找到合適的“備胎”，難！]
目前鋰電池技術(shù)的潛力已經(jīng)基本用盡，而替代鋰電池的材料都有較高的局限性（例如：高成本或嚴(yán)苛的使用環(huán)境）。無論是電子產(chǎn)品還是電動汽車，高科技產(chǎn)品對于電池的要求是非常高的。即使發(fā)現(xiàn)了對于提升能量密度很有幫助的材料，也需要經(jīng)過大量的實驗和測試來保證它的安全性和穩(wěn)定性，因此很難保證這些新材料的可用性。另外，還有一些替代電池，理論上已經(jīng)成熟但無法應(yīng)用于日常生活——例如核電池。
原型核電池組的功率比化學(xué)電池提高了10倍 | phys.org
[能解決電池問題的，或許不是電池本身]
馬車的文明再漫長，最終也被火車和汽車所取代；蒸汽機(jī)再怎么革新，最后也被內(nèi)燃機(jī)替代了。從這個層面上來說，能解決電池問題的，可能并不是電池本身。我們還無從知曉下一次“汽車替代馬車”類型的科技革命會在什么時間到來。
電動汽車其他主要技術(shù)挑戰(zhàn)
由于在技術(shù)上發(fā)力的時間并不長，電動汽車的發(fā)展在當(dāng)前還面臨著諸多問題，除了上文提到的電池儲能技術(shù)（傳統(tǒng)燃油汽車的行駛里程通常都能在500公里以上，而價格實惠的電動汽車的續(xù)航里程都在322公里以下。長續(xù)航里程的車型雖然也有，但是隨之增長的還有車的價格），還有電動汽車的快速充電技術(shù)。大多數(shù)燃油汽車可以在幾分鐘之內(nèi)就加滿油，但是電動汽車在充電方面還存在很多的不確定性。另外，與充電時間類似，充電基礎(chǔ)設(shè)施也存在很多不確定性。隨著新能源汽車的占比越來越高，市場對充電樁的需求量也是呈現(xiàn)數(shù)量級的上升。不過中國在這方面是處于領(lǐng)先地位的，在電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施項目上投入了數(shù)十億美元，擁有超過100萬個充電站的網(wǎng)絡(luò)。作為新基建的項目之一，新能源汽車充電樁開始站到了舞臺中央，有望逐步邁進(jìn)建設(shè)大年。