超导材料会给新能源车带来什么？

萝卜报告 0浏览 2023-09-12 IP属地: 北京

从今年7月份韩国发现室温超导材料之后，“超导”二字就一直成为网友争相讨论的话题。而在8月中旬，甚至还曾传出中科院已经复现韩国LK-99室温超导材料的新闻，更是让室温超导材料成为各大新闻的头版头条。据相关人士表示，如果室温超导材料真的成功，必定会让人类再次经历工业革命。这不免让我们十分好奇，同样属于人类工业结晶的汽车，尤其是新能源汽车，会因超导材料带来哪些变化呢？

在初中物理课上我们学过，任何物体都具有电阻，其中具备导电性的材料电阻较低，绝缘材料的电阻则相对较高。而导电性材料中的电阻会让电子在材料中碰撞，阻止电流前进。不仅如此，电子在材料中碰撞产生的能量也会变成热能，最终使导电性能材料发热。比如生活中比较常见的电热水器、电吹风等，就是利用了高电阻导电材料发热原理来工作的。

不过超导体材料却并非如此，根据定义来看，当它的电阻值低于10的负25次方时，就可以被认为该材料没有电阻。此时在通电后，不仅不会阻挡电子在内部的移动，同时也不会出现发热现象。不过，以目前的科技水平来看，要想让超导材料实现“零电阻”，只能通过大幅降低导电材料的温度才可以呈现出“零电阻”的超导形态。比如水银在-249.93℃时，才可以呈现出超导性。

不难看出，在低温环境下才能实现的超导，根本不具备太多的实际意义。毕竟在日常环境中创造超过-200℃的低温，是非常困难的。正因如此，在20-25℃的室温环境下实现超导，就成为了各位科学家努力的方向，这也是为什么这次【室温超导】如此受人关注的原因。假如这次传闻的室温超导真的实现，又会对如今火爆的新能源车带来什么影响呢？

对于目前的电动车来说，性能层面最大的短板就是极速巡航能力，以及激烈驾驶后的散热问题。如果电机使用了室温超导材料，上述这些问题就将迎刃而解。首先我们来说极速问题，为了尽可能提高电机的传动效率，绝大部分电动车都使用了单挡减速器作为“变速箱”，然后再通过电机动辄1.5万转的宽泛转速来实现大范围的车速变化。根据上述原因就可以发现，像燃油车一样增加变速箱的做法并不符合电动车的设计初衷，所以要想提高电动车的极速，只能通过减小单挡变速箱的减速比来实现。

不过减小变速箱齿比，就好比曾经全程用3挡跑，如今变成了全程用5挡。这也就意味着车辆在起步阶段要用“5挡”起步，进而对电机的扭矩和功率提出了更高的要求。这也是为什么只有综合功率很高的车，才会拥有相对更高的极速，比如拥有670马力的特斯拉Model S，其最高车速为250km/h。

不过，给电动机增加功率并不是一件非常容易的事情。虽然目前主流电动机都可以达到90%-95%的效率，但由于电机并不能像发动机那样泡在机油里、或者使用水道进行散热，所以电机5%-10%的功率损耗所产生的热量是非常夸张的，并且电机功率越高，产生的热量也就越大。因此，车企在打造高功率电动车时，都会采用前后双电机的形式，在保证总功率的同时，通过多台电机分担发热量。比如Taycan Turbo S，其后电机最大功率只有457马力，但加上前电机之后就可以达到762马力的惊人动力。而目前一单电机功率最大的路特斯ELETRE R+，也不过“只有”612马力。

Model S Plaid后电机

而如果对于这样夸张的马力还不能满足时，通常就会再次增加电机数量，比如拥有1020马力的Model S Plaid和1265马力的极氪001FR，都是通过拆分单轴电机的方式，实现功率堆砌的。其中Model S Plaid在后轴布置了2台电机，而001FR则是在后轴布置了两台总共843马力电机外还在前轴安装了2台总共422马力的电机。

上述这些问题，在室温超导材料应用后就将迎刃而解。得益于室温超导材料零电阻的特性，当电机应用超导材料后，效率将会无限趋近于100%，所有的电能都会被转化成驱动电动车的动能，并不会产生额外的热量。此时，制约电动车极速的电机散热问题将迎刃而解。不仅如此，当电机的热量堆积问题被解决后，电动车激烈驾驶时的“阳痿”问题也会被一同解决，不会再出现“真男人”一圈，“贤者时间”一圈的尴尬的问题。

除了可以让电动车拥有更大的马力，带来更高的极速和更好的赛道表现外，超导材料对于电机效率的提升，也能让电动车拥有更长的续航能力和更高的动能回收效率。而对于PHEV、尤其是增程式车型来说，超导材料几乎零电阻的特性，也可以车辆的发电效率提高，再加上动能回收效率的提高，最终让PHEV车型拥有更长的纯电续航能力，以及更低的亏电油耗表现。

在我们日常生活中，无论是给手机充电还是使用手机录像、玩游戏这样的快速放电，手机电池都会出现温度上升的情况。究其原因，主要还是因为电池内部也是有电阻的，电池放电时，电能从正极流向负极，同样会有一部分被损耗，最终转化成热量。对于充放电功率远高于手机的汽车电池来说，发热量自然就更加夸张了。正因如此，绝大部分电动车的电池都会采用水冷甚至冷媒直触的方式，来保证电池在大功率充放电时，温度不会出现异常，避免出现短路甚至自燃的情况。

但众所周知，即使使用了夸张的散热系统，电动车的电池安全依旧无法完全保障，随便上网一搜就能找到大量新能源车自燃的新闻。此时，假如电池也用上了零电阻的超导材料，在充放电过程中将就不会再出现发热问题，自燃事故也就会大幅降低了。

在电池中应用超导材料，除了可以降低发热自燃的风险，还能提升电池的充电速度。现如今，要想达到傲视群雄的充电速度，最简单的办法就是使用800V的高压平台。根据功率=电压*电流来看，在相同充电功率的情况下，800V高压平台的电流要比400V的平台低了50%。而之所以要降低电流，主要是因为电流的大小，直接决定了电池充电时的温度。根据焦耳定律Q=I²Rt来计算，同等充电功率下，800V平台电流导致的发热量只有400V平台的1/4。得益于这样的优势，目前使用800V平台的电动车，峰值充电功率可以达到480kW左右；而目前400V平台充电最快的特斯拉，也只能短暂维持250kW的峰值功率。

不过就像上文说的那样，室温超导材料的应用会使电池内部的电阻几乎为零。此时就不用再考虑焦耳定律的问题，即使是400V平台，也可以大幅提升充电电流，进而获得更大的充电功率。此外，室温超导材料还会大幅降低电网输送时的损耗，降低电费价格，最终让新能源车拥有更快的补能速度和更低的补能价格。

说了两点室温超导对于新能源车电池的帮助，但实际上，如果室温超导成真，那么目前使用利用化学储存电能的三元锂或者磷酸铁锂电池将不复存在。因为超导磁体环流在零电阻下可以无能耗地储存电能，并且可以瞬时放出。此外它的储存能量也很高，装置也较小，几乎各个方面都“完爆”目前的化学能电池。只不过，目前超导体可以储存的能量还相对较小，鼠目寸光地来看，暂时还不会对锂电池有太大威胁。