化学电源的演进:实现电存储的绝佳方式
应用场景的持续铺开,推动电池产业的快速发展。无论是如火如荼的新能源车行业,还是方 兴未艾的储能产业,能量存储设备是最关键的一环。以电化学氧化还原反应为理论基础的化 学电源能够避开卡诺循环的限制,拥有可高达 80%以上的能量转换效率,是最适配大储能产 业的工具产品。当下对于电池综合性能提升的诉求正不断加强,但也遭遇材料理化性能限制、 工艺与成本优化等难点。我们认为,从产品的本质入手,理解底层运行逻辑,将能够更迅速 地在变革当中做出反应,辨别产品是否具备核心竞争力。

走进化学电源:多样体系的全面渗透

化学电源经历百年积淀,在仍可继续挖掘的科学理论指导下形成完善的体系。这个体系包括 组成电池的各部分材料和配套的生产制造工艺。体系十分庞杂,但通过梳理,我们认为基础 的枝干(各部分的影响因素和诉求)是一致的。通过把握枝干,在完善的体系之中寻找技术 继续发散的方向,是了解产业的正确路径。我们认为,未来仍将是多元电池技术持续共存的 局面,但有主流与非主流之分,同时单个体系中也会有多样产品来满足下游不同需求。

探秘电池本源:性能往往不可兼得,需有所取舍

我们认为,化学电源体系下多元性能的最优难以达到,往往某种性能的提升需要牺牲另一种 性能,即电池“技能树”无法全部被点亮。因此,基于丰富的下游应用场景,决定不同电池 体系仍将在长时期内共存。但必须认识到,共存并非意味着平均的市场份额,静态上会有主 流与细分的差别,动态上会有数类体系对其他体系的需求挤压:

性能变化受多种因子共同作用,影响方向可能不同。包括正负极材料类型、配比,以及 设计与制造工艺等,都会影响电池的能量密度、倍率性能等,这就意味着若影响方向不 同,将使得性能无法兼得。如锂离子电池中,电极材料与电解液在固液相界面形成的 SEI 膜能够保证 Li+嵌入脱出的同时对电子绝缘,但作为钝化膜也将使 Li+的扩散受到限制, 同时 SEI 膜的更新将造成 Li+和电解质的持续损耗,进而使电池容量下降;

某些电池体系从本质上看无法较好满足某些性能需求。例如从最本征的载流子传导与输运行为出发,锂电体系的“快充性”并非最优,主要系基于脱嵌机理,Li+的扩散系数普遍 比水系二次电池中的异相氧化还原反应的速率常数低数个数量级。此外,有机电解液的 离子电导率通常比水系电解液低 2 个数量级。因此,基于丰富的下游应用场景,不同场 景的性能要求不同,决定不同电池体系将在长时期内共存;

大容量领域的技术之争决定格局走向。大容量的市场意味着更大的份额,因此若某类体 系较好适应大容量市场的需求,产品的导入将使体系份额明显提升。车用动力领域对能 量密度的严格要求,使得较高比能的电池体系能够脱颖而出,对其他体系形成替代。

我们通过由表及里的方式探究影响电池性能的本质,在接下来的篇幅里,重点讨论影响性能 的本质要素。性能是与直观需求联系的概念,也是直击下游需求的痛点所在。我们选取较受 关注的几个性能指标开展探讨,包括能量密度、高倍率性能、循环性能和安全性能等。

高倍率性能:影响输出功率以及充电速度,本质是扩散能力

倍率指电池在规定时间内放出或达到额定容量所需的电流大小。倍率性能则为不同倍率充放 电电流下表现出的容量大小、保持率和恢复能力。尤其在高倍率充放条件下,对电池的性能 影响增大,包括寿命、安全性等,因此产业更关注高倍率性能。在高倍率放电下,一般会有 更大的输出功率,但前期化学电源主要应用于便携式电子设备,对功率要求不高,研究开发 重点主要聚焦在提高设备工作时间、便携性能以及安全性能等。

当化学电源应用于车辆时,对于高倍率性能要求更加严格,主要系输出功率影响着汽车的最 高时速、加速性能及爬坡性能,此外车用动力场景要求较好的快充能力。一般来说,当以高 倍率放电时,电池极化作用增强,电压下降导致比能量降低,因此常常是功率与能量不可兼 得的情况。以铅酸、镍氢、锂离子电池的一般情况来讲,铅酸电池的能量功率特性较差,而 锂离子电池的变化范围宽,镍氢电池具备较好的倍率性能但比能量较低。值得注意的是,长 时间的高倍率充放对于封闭的电池体系并不友好,因此我们认为短期内“换电模式”是一种 痛点解决方式,而长期视角下还应关注开放式电池如燃料电池体系的开发。

高倍率下的充放性能,实质是大电流条件下的反应速度保持能力,与电解质的电导率,以及 离子在电极、电解质和相关界面处的迁移能力相关。落实到具体参数,主要是正负极材料的 结构、尺寸、比表面积、导电性、孔隙率和电解质的传导能力、稳定性等方面,可以通过材 料改性来改善倍率性能。

循环性能:衡量使用寿命的指标,全生命周期多因素影响

在一定的放电制度下,电池容量降至规定值之前,电池所经受的循环次数,称使用周期。影 响电池循环寿命的主要因素有:在充放电过程中,反应条件如温度、电流密度、放电深度的 变化,将导致:电极活性表面积减小,使工作电流密度上升,极化增大;电极上活性物质脱 落或转移;电极材料发生腐蚀;电池内部短路;隔膜损坏和活性物质晶型改变,活性降低。

从电池产品的生产流程来考虑,多个方面会影响电池循环性能:(1)电池本身的设计,如原 材料的选择、正负极活性物质的配比、电解液的选择及用量等,都会影响电池充放电过程的 表现;(2)与电池制造过程的工艺相关,例如锂离子电池制造工艺的好坏影响电池的内阻大 小;(3)电池的使用方法,例如大电流充放电条件、充放电截止电压超限等都会造成结构的 损伤;(4)电池的使用环境,尤其是环境温度,对电池的循环寿命影响较大。

安全性能:商用首要考量的“红线”,持续改善增强可靠性

当下商用的各类电池均具有较好的安全性能,但不同类型电池的安全性能依然有所差异。铅 酸电池主要的安全隐患来自其构成材料,主要系硫酸溶液电解液稳定性较低,若发生漏液或 爆炸事故,造成的危害较大。此外,与锂离子电池相比,铅酸电池的安全保障也较少。对于 镍氢电池,其采用的物质材料与配备的安全阀等保障系统也提升了该类型电池的安全性。不 同类型的锂离子电池因电池材料的差异等原因,安全性各异,铁锂体系结构稳定安全性较好。

材料性能与工艺质量改善是提升安全性能的关键。要求电池的安全性好,即电池材料应具有 较好的化学稳定性和热稳定性,同时在电池制造方面,要求材料的匹配性要好,装配性能佳, 还需配备系统的电池保护措施,从整体上保障电池的安全工作。影响电池安全性能的关键因 素包括内部因素与外部因素,内部因素指构成电池的各部分材料的性能,外部因素指电池使 用过程中因操作不当带来的过充过放等现象。可以通过调控影响机制改善体系的安全性能。

动力领域的体系演进:追求更高比能为主线,锂电体系脱颖而出

锂电池因高比能长循环等优势,在社会日常场景中持续渗透。全球碳中和目标下,新能源汽 车产业已率先发力,带动锂电体系迈入新增长。拉长周期看,我们认为,具有最优综合性能、 且能够不断升级的锂电池,未来仍将继续在动力领域扮演主导角色,并逐渐向固定式储能等 场景渗透。但需注意,锂电内部体系多种多样,以锂为核的技术迭代仍在进行,研发依然是 企业的重心。因此,持续关注动力电池的技术变化,更有利于找寻胜者,增加投资的确定性。

来源:DT新材料

新材料智库

全新高端中大型SUV福特EVOS首款采用“势能美学”设计理念
全新高端中大型SUV福特EVOS在2021年上海车展完成全球首秀。它是福特中国2.0计划下推出的首款全球战略车型,也是首款采用“势能美学”设计理念的车型。其设计工作由福特中国设计中心主导,并与福特全球设计团队通力合作打造而成。福特EVOS不仅将福特百年设计精髓体现的淋漓尽致,更将中国新生代消费者心中所畅想的未来福特车型应有的 “大气中蕴含灵动”,“智能中不失温度” 透过设计进行了诠释。

福特百年汽车设计底蕴的创新和传承

福特汽车首个设计部门创立于1935年。亨利·福特二世曾经说过:“工程设计需要兼顾人文关怀,不要仅重视车辆工程本身,更需要洞悉消费者的需求。”一系列福特经典车型设计由此诞生:代表速度的流畅快背造型、探险者阳刚外观与科技豪华座舱、Bronco功能至上的硬派设计,以及70年代的经典车型福特雷鸟与最早的福特GT40赛车、21世纪前后两代GT超跑在空气动力学上的突破性设计,都是福特汽车引领时代的设计作品。

2020年10月,作为福特全球六大设计中心之一,福特中国设计中心在上海落成并投入运营,从负责前瞻设计的工作室,发展到能够覆盖前期创意设计到最终全尺寸模型制作设计全流程。其中创意设计团队超过四分之三的成员为35岁以下的年轻本土汽车设计师,让福特中国设计中心团队能更好地理解国内市场的消费需求和年轻一代的流行趋势。目前,福特中国设计中心与福特位于北美、欧洲和澳洲的设计中心紧密协作,共同推进福特全球设计语言的全面革新。

“势能美学”设计理念的首款产品福特EVOS

福特设计语言的最新演进成果,便是去年在北京车展正式发布的“势能美学”设计理念。其三大支柱:“动·灵动造型”、“创·智能应心”、“力·强大气场”,高度概括了福特百年设计精髓,并结合当代消费者审美将其推进到潮流前沿,打造出和谐且雕塑般的艺术美感。

福特EVOS是贯彻福特全新“势能美学”设计理念的首款产品,以消费者为中心,力求敏锐捕捉中国奋斗新贵感受的设计美学,在动静之间展现刚柔并济的独特力量,在先锋科技中展露本色锋芒。

2011年法兰克福车展上亮相的福特EVOS概念车率先应用当时福特最新的Kinetic 2.0设计语言,开创了福特设计的新时代。而今福特EVOS之名再次承载了这一重要任务。

动·灵动造型:源自对破风的渴望

福特将性能基因根植于每一款产品,希望消费者能从视觉、触觉上来感受福特产品设计美感与活力的迸发,以及福特品牌血脉中蕴藏的运动能量。

当福特EVOS映入眼帘,前倾动感的整体造型带来极强的视觉冲击力,锋利线条与灵动型面造就了流畅的先锋流线艺术形态,并将福特DNA中,对于性能和速度的不懈追求完美呈现。

走近车身,贯穿式风刃灯带便会亮起,宽幅细长灯带锐利地划破静止,为充满力量且灵动的前脸画上点睛之笔,预示着车辆即将启动。车侧线条精准勾勒出运动的力量,即使车辆处于静止状态,都可以透过水平的车身曲面和流动型线条,打造出发散型的光影,感受突破静止的爆发力。

自然顺滑的车顶弧线、贯穿车侧的肩线、车侧的曲面造型与略微扬起的车尾,带出蓄势待发的势能。这一造型不仅来自空气动力学考量,更能通过丰富的型面变化,在光影变幻中充分演绎福特性能基因。

创·智能应心:源自生活的创新细节

福特一直以来都用心响应每个时代消费者的所思所想,将人本理念与创新科技融汇于设计,而生活本身就是创新的灵感来源。

福特EVOS车头福特品牌标识采用了不同于以往的创新设计,几何结构向外扩张,形成独特的锋锐切角,看似圆润又带锋锐,展现了福特百年来持续追求进步和自我突破的本质。

前格栅采用了极具创新的呼吸式3D参数化鳞甲设计,鳞甲似呼吸般起伏可动。每一片鳞甲都具有独特角度,创造出如同起跑前蓄势待发的力量感。灵感来自立体的纹理和现代建筑结构,通过纹理和材质动态的变化提升前脸的设计纬度,以流动的风格重塑立体。

与此同时,车侧下腰线的参数化鳞格图腾、参数化鳞格贯穿式尾灯以及车内座椅及仪表台的鳞甲格纹缝线,均与车前方3D鳞甲矩阵相呼应,力量感延展贯穿全车,将速度感和自由感完美融合,达到整体设计平衡。

在车门未开启之前,福特EVOS就已就绪,准备迎接车主。感应到车主靠近后,灯光迎宾仪式启幕。精心编排的灯光依次引导登车,关闭车门后,内侧门板上的光束缓缓散去,为登车仪式画上句号。

稍歇片刻,车内物件设计在展现雕塑之美的同时,兼顾轻盈与力量。厚重的前排座椅承托所带来的安全与稳定。宽裕的腿部及头部空间,令后排乘客可在材质柔软的座椅中自由伸展。

智能应心的设计还蕴藏在人机交互的体验中。福特最新的车机系统SYNC+2.0智行互联系统配合横贯前舱的整体宽度超过110厘米长的超广域巨幅屏稳固地置于中控台上,如同一场巨幕电影在眼前展开,打造极为舒适的用车智能移动体验。

力·强大气场:源自大地的势能之劲

福特相信——真正的强大源自内心。每一步都走的扎实而稳健是自信的流露,也是实力积淀的体现。力是福特车型设计中非常重要的一环,造就了福特硬派SUV与皮卡车型的成功。

福特EVOS车身两侧富有肌肉感的饱满型面以及强有力的向下折线,展现出垂直、稳固的支撑力,而这种沉稳的气质也通过下包围更为贴地的设计呈现出来,展现出力量自成的强大气场。

在车内,智能环抱座舱设计通过饰条、缝线等设计元素的延展和跨接,让仪表台和车门饰板等设计元素完美融为一体。流畅的线条在车内不断延伸,也让宽敞的车内空间显得更为大气。

作为全球战略车型,福特EVOS预示着福特未来产品的设计方向。这一完全基于中国消费者的需求和审美打造的量身定制的产品,将进一步提升福特品牌在中国的客户体验,实现“更福特,更中国”的承诺。

健康长寿适量饮酒
 
  白酒是用粮食通过漫长的酿造和沉淀形成的,所以人们常说:酒为五谷之精华,酒是粮食精。酒一直是不可代替的饮品。无论是祭拜天地还是招待亲朋好友,我们都会拿出最好的酒;在重大的节日或者珍贵的情感碰撞上,我们也都会拿出最好的饮料-白酒。

  另中国的酒文化源远流长,自古以来,文人墨客们赋予了酒特殊的意义。酒是一种文化载体,中华文化重要组成部分渗透到生活的各个领域(酿酒官微经典文章对"酒文化"做了详细的阐述),古代有“举杯邀明月,对影成三人”的酒文化、也有“今朝有酒今朝醉,明日愁来明日愁”的酒文化。

  我们时常在问自己也在问别人,人为什么要喝酒?浇愁、助兴、壮胆、应酬、品味...这些都是,但我听过最动容的理由就是喝酒可以让人变年轻。

  人生当有酒,无酒事难全。有人说,喝冷酒伤肝,喝热酒伤肺,但是不喝酒会伤心。一杯酒下肚,可以兴起,两杯酒下肚,可以忘忧,三杯酒下肚,则上下五千年,纵横两万里...在浩瀚的宇宙中,人是渺小的。而在世界上的千万个奇迹里,人却又是伟大的。我们的祖先在不经意间发现了酒,之后,经过长期的实践——完善,再实践——再完善,传承至今,并终于有了一套造酒的绝技。他们在别具匠心的构想下,严守精致的配方和巧妙的工艺,把稻、麦、五谷及水果等食物,变戏法似的转化成了白酒、黄酒等各样的美酒,令人叹为观止。

  一杯淳香酒,品味数千年。不言而喻,我们中华民族的酒文化源远流长,博大精深。从古至今,众多皇亲国戚,达官显贵,文臣武将,雅士高人直到平民百姓,都与酒结下了不解之缘,并留下诸多关于酒的传奇故事和诗文美篇。

  人生当有酒,无酒事难全。喜庆待客,走亲访友,社交运作,相扰求人等等,哪一宗哪一件能离开了酒?酒是人脉关系的润滑剂,是人际交往的开路先锋。人脉的关系的建立往往先从递上一支烟、敬上一杯酒开始。有一句俗话很流行,叫做“无酒不成席”。把亲情、友情、梦想、期盼、欢乐、伤感……写进酒杯,溢满酒宴,让情感渲染奔涌,让好事酝酿圆满。

  一切都在宴席上,一切都在酒杯里。任何事情都有其两面性。再好的美酒也是一把“双刃剑”:喝少了,不成敬意,难以为兴;喝多了,就不知王二哥贵姓,失态失言,癫狂欲仙,损体伤身,害人害己,甚至要付出沉重的代价。对待任何美好的事物,都切莫贪婪。凡事皆有度,总是要适当、恰当为妙!花看半开,酒至微醺,甚好、甚好!

  酒不是灵丹妙药,别指望它能让你的(之前《中国白酒》杂志虽报道过"酒是粮食精越喝越年轻")躯体长生不老,也不是说用向着酒精发足狂奔来证明自己的身体还很青年。酒越喝越年轻在微醺或适量的前提下,经常适量喝酒确实可以让一个人的思维和心态保持年轻。毕竟,衰老不仅仅囿于肉体上的细胞衰败,它还指一个人思维的老化。

  圣人总教诲大家:读万卷书行万里路?因为,万卷书,读的是不同文化,万里路,行的是不同风景,都是在不同中追求更广的思想视野。

  喝不同的酒,亦能起到这个作用。无数人从初涉白酒,到沉溺白酒,他们都有一个共同特质:思维丰富了,视野拓宽了。原因很简单,每接触一款酒,都如同翻开一个新卷轴。卷轴上写满了新世界,从中会跳出不同的历史、文化、风土,正是因为酒的这种不同,你可以不断发现新世界,拓宽自己认识世界的方式和边界,保持着年轻。

  喝酒,除了能拓宽人的思维,还能修正一个人的生活态度。其实人的生活环境,很像一个静水湖。有的生物,恪守自己的生长之道,出淤泥而不染;有的生物,却随俗沉浮,在麻木不仁中溃烂而喝酒本身,就是一件追求品质的事,因为酒不是维持人类生存的必要元素,而是大自然对人类求生本能之外的恩赐。

  相信当你经济条件恒定的时候,你也会选择开一瓶身体所喜的高品质美酒,细细品位,感受它背后的历史底蕴、人文情怀,去分辨好酒、更好的酒,在渐次上升的转变中,为自己培养一个有品质的爱好。这就是喝酒的作用,它在无形中锻造你追求质量的生活态度。

  喝酒,能使人年轻,还有一个重要的原因。就是酿酒所需要秉持的精神。因为酿出一瓶真正的好酒,必须不能急躁、不能取巧、无惧岁月。而这种精神,在一个人喝酒的过程中是能感受得到,并且能沾染上的。闻一闻酒香,你能直视酿酒师们执著的眼神;尝一口酒,酒厂的历史和酿酒理念,翻箱倒柜在你跟前。这一切的背后,都历经大浪淘沙,岁月积淀。而能够对抗无情岁月的,是耐得住寂寞,是扛得起沉浮,是永远年轻的心态。酿酒官微温馨提醒:小酌怡情,大酌伤身;白酒虽好,不要贪杯。

  有人说,生活得最有意义的人,并不是年岁活得最大的人,而是对生活最有感受的人;还有人说这个世界不只有眼前的苟且,还有诗与远方。


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