最常提到的阻碍电动汽车(EV)增长的两个因素是范围和成本。这两个领域都是全球电池公司和汽车制造商进行深入研究的主题。Design News采访了通用汽车公司化学和材料系统实验室总监Mark Verbrugge关于汽车制造商努力寻找让电动汽车行驶更远，成本更低的魔力的努力。Verbrugge将在密歇根州诺维举行的2019年电池展和电动与混合动力汽车技术博览会上提供主题演讲之一。他的演讲题为“站在电池开发的最前沿”，将于9月11 日星期三举行。
Verbrugge在其整个职业生涯中一直从事电池技术和电化学研究。“我接受过电化学培训和研究生学习，”他告诉我们。“我去了加州大学伯克利分校，因为他们有一个强大的光伏计划 - 他们的化学学院强烈的清洁能源重点，”他补充说。
EV中的长背景
当应用他的电化学背景时，Verbrugge的时机很好。“我从研究生院直接来到通用汽车公司。我开始在燃料电池中工作，然后迅速转向电池，这对于(我们的)应用来说变得更有前景。那是我职业生涯的前十年，我从1985年开始，接下来的十年里我一直担任电气和混合动力电子项目的总工程师，“他说。对于电动车而言，这是一个激动人心的时刻，因为通用汽车刚刚宣布其首款量产电动车EV-1。“我是EV-1的总工程师。我有能源系统管理职责 - 推进系统以及电池系统，“Verbrugge说。通用汽车终止了EV-1(2003年)，
在此背景下，Verbrugge对如何推动电动汽车前进有一些明确的想法。“(我们需要使用)土地丰富的材料以获得低成本，但我们也必须努力快速充电，这必须是一个大问题 - 今天它真的不存在;它在概念车辆和示范车辆 - 但就大量普及而言，并非如此，“他告诉我们。
更低成本，更远的范围
有哪些低成本材料正在考虑中，它们如何使用?“硅是主要的重点是低成本材料，它还可以快速充电。今天，所有负极都是石墨。市场上没有纯硅基阳极。但是，我认为这将在5到10年内实现。硅是地壳中最富含地球的物质，“维尔布鲁格说。
硅，至少在纸上，在取代石墨作为阳极材料方面具有一些很大的优势。“硅的容量约为每小时4,000毫安小时(mAH / gm)，而石墨的容量约为372 mAH / gm。因此，硅可以容纳更多。mAH的数量表示可以保持的锂量。硅可以容纳更多的锂，“Verbrugge告诉我们。
然而，一个问题是研究人员报告说，在电池充电期间储存锂离子时，硅作为阳极的体积变化很大。“现在，如果你采取所有这些容量，4,000 mAH / gm，你会得到粉碎和开裂以及电池中的大量压力问题，”Verbrugge说。
但还有另一种方式。“另一方面，如果你控制电压限制，使用大约一半的容量，大约2,000 mAH / gm，你仍然远高于我们今天使用的石墨容量，大约340 mAH / gm。因此，我们可以在约2,000 mAH / gm下运行，显着降低成本并显着提高库仑容量，从而提高能量密度。对于相同的尺寸和重量，您将获得更多的客户里程。或者你可以使用与更轻的电池相同的里程。人们正在学习的硅片的主要内容是不要试图滥用材料并且过于贪婪。使用大约一半的容量，然后你的状态良好，“他说。
建筑基础设施是关键
虽然通用汽车正专注于建设新的电动汽车，但它也在与其他公司合作，帮助发展真正电气化运输系统所需的基础设施。“有很多公私合作伙伴关系。我希望促进合作，特别是让充电基础设施正常运行。这不是你想要独自承担的那种东西。为了让基础设施继续前进，人们必须相信也会有车辆。我想鼓励在这个领域进行合作和投资，“Verbrugge说。
通用汽车研究总监对该空间将如何发展有一个长期的看法。“我不得不认为加油站比在停车场和分布式充电站安装2级充电器贵很多，”他说。“我认为，在充足的时间里，我们会更加理性 - 你可以在任何地方充电，它将为那些提供充电器的人货币化，它将很容易理解，并且它将与直接链接到汽车的技术。对于驾驶员来说，每英里的分数要小得多，对社会来说效率要高得多。当我们拥有大量电气化时，基础设施是长期观点的重要组成部分。“
Verbrugge的主题演讲题为“站在电池开发的最前沿”，将涵盖成本，范围，收费和其他主题。讲座将于周三，9月11日提交日在电池展和电动及混合动力汽车技术展2019，在密歇根州诺维市。他很期待。“我总是从这些论坛中获得很多精力 - 我通常都是志同道合的同事。我们都在努力改变世界，让它变得更好。因为这个原因，我进入了这个特定的工作区域。所以，我会从中获取能量。这会很有趣的!”
高级编辑凯文克莱门斯30多年来一直在撰写有关能源，汽车和交通主题的文章。他拥有材料工程和环境教育硕士学位以及机械工程博士学位，专攻空气动力学。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的世界陆地速度记录。