电动汽车能抗住极端高温天气吗？

发布时间: 来源：中国科学报

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在全球交通“脱碳”的浪潮中被寄予厚望的电动汽车（EV），正面临着气候变暖带来的严峻考验——已有研究表明，极端高温环境会加速电动汽车电池的老化。很多人担心，在气候变暖、极端热浪频发的大背景下，电池的衰减会不会越来越严重？

这种担心不无道理，不过，最近一项由浙江大学、北京大学与美国密歇根大学的联合研究团队共同完成的研究显示，电动汽车电池技术的快速迭代，能够“跑赢”极端天气给电动汽车带来的影响。

这项今年3月初发表在《自然—气候变化》上的论文，通过对气候预测、电池化学特性和驾驶行为等要素的建模分析，计算了电动汽车电池在各种条件下的衰减情况。结果显示，在较高温度环境下，新一代电池（在本研究中特指2019年?2023年间生产的电池）的预期寿命比旧电池（指2010年?2018年间?产的电池）衰减少得多。换言之，电池技术的快速迭代，足可抵消气候变化引发的耐久性挑战。

论文发表后不久，《自然》杂志将该成果遴选为研究亮点（Research Highlight），并以《电动汽车电池迭代强化，无惧高温考验》（Electric-vehicle batteries toughen up to beat the heat）为题，进行了评述和推荐。

研究团队构建的物理-数据耦合驱动电动汽车电池气候韧性评估框架。截图自论文

一个关乎万亿产业的待解课题

据报道，2026年发生一次中等强度厄尔尼诺事件的概率超过70%，今夏高温、强降水等极端气候的风险显著上升。持续强烈的高温势必将给全球带来深刻影响，其中就包括如今已拥有万亿市场的汽车电池产业。

近年来，全球电动汽车市场渗透率激增。据国际能源署2024年发布的《全球电动汽车展望：电动汽车发展趋势》显示，从2019年到2023年，全球电动汽车在新车销售中的占比已从3%跃升至18%。最近3年，该数字更是有增无减。然而，令人唏嘘的是，人类为了减缓气候变暖而大规模普及电动汽车，但已经发生的气候变暖本身，却在悄悄“扼杀”汽车电池。

“关于温度对电池寿命的影响，科学界早有共识。”前述论文第一作者、目前在斯坦福大学从事能源工程研究的博士后研究员吴浩驰告诉《中国科学报》，已有研究表明，锂离子电池在温和气候下极其耐用，但在炎热气候下的衰减速度往往是温和地区的数倍——这与人们的经验认知不二，美国亚利桑那州一份文件显示，他们观察到，早期的日产电动汽车电池在炎热高温的地区存在过早退化失效的问题。

不过，尽管业界普遍担忧高温对电池的破坏，但此前鲜有研究系统量化“技术演进”与“气候变化对电池耐久性的影响”之间的动态关系。

“这些现象引发我们思考：在未来日益频繁的极端热浪下，电动汽车车主是否需要更频繁地更换电池？当前的电池技术是否足以抵御日益加剧的升温事件？”吴浩驰说，带着这些思考，当时还在浙江大学读博的他，与合作者一起构建了一套多模型耦合框架，将电动车行驶模型、电池热管理模型与全球300座主要城市的高精度气候预测数据相融合，希望填补这一“气候变化影响与电池设计耐受度”的研究空白。

技术进步跑赢变暖速度

基于高保真度的量化分析，研究团队系统评估了全球海域和陆地的时空变化。他们将2010~2018年量产的“旧电池技术”与2019~2023年量产的“新电池技术”进行了跨代际的对比。

结果令人意外。研究发现，在全球气温升高2℃的情景下，采用旧电池技术的电动汽车平均寿命将下降约8%；在部分极端炎热的地区（如赤道附近），寿命降幅最大可达30%，服役期从15年骤降至8~10年。

“但当我们把目光转向新一代电池时，情况发生了根本性的逆转。”吴浩驰介绍说，在同样的2℃升温情景下，新电池的平均寿命降幅仅为3%，极端炎热地区的最大降幅收窄至10%。更关键的是，即便在预期升温4℃的极端恶劣条件下，新电池的绝对寿命（约17年）依然超过了旧电池在舒适气候环境下的基准表现。

吴浩驰说，这表明，与旧电池技术相?，新型电池的使用寿命更长，空间差异更小，且受未来升温影响的寿命缩短幅度也?得多。

“这项成果打破了此前学术界认为‘气候变暖必然导致能源基础设施脆弱性加剧’的悲观认知。”密歇根大学教授Michael Craig认为，这并非依赖某项单一技术的“魔法突破”，而是整个产业链的“系统工程成就”——从正负极材料的热稳定性提升、电解液配方的改良，到更先进的整车热管理系统，这些技术进步不仅提升了能量密度，更在无意中赋予了汽车电池“极强的气候韧性”。

阳光下一台正在充电的电动汽车。吴浩驰摄

抹平“寿命不平等”

在数据分析中，研究团队还发现了一个往往被忽视的社会公平问题——在“旧”电池技术条件下，气候变暖对电池寿命的冲击呈现出明显的经济不平等特征。

他们的“电池退化模型”显示，低人均GDP的国家和地区（通常位于更容易受到热浪侵袭的热带及亚热带）面临着最严重的电池衰减风险。而新电池技术的出现，凭借其更强的气候适应性，有效地抑制了这一不平等趋势，使气候影响的区域分布更趋均衡。

数据可以说明这一点：?均GDP较低的国家（主要集中在?洲、东南亚和印度），在?温升?1℃?4℃的情况下，电池寿命平均缩短5%?25%；相?之下，在?均GDP显著较高的国家和地区，例如欧盟和北美国家，在?温升高1℃?4℃的情况下，电池寿命平均缩短5%?15%。

“由于新型电池技术对?候变化具有更强的适应能力，因此能够缓解?均GDP与?命周期减排量之间不公平的反比关系。”吴浩驰告诉《中国科学报》，他们发现，在?均GDP较低的国家和地区，当全球升温1℃?4℃时，平均?命周期减排量仅为1%?4%，远低于采?旧电池技术时的减排量。??均GDP较高的国家和地区，这一数字往往低于1%，甚?可能增加2%。

因此，他们认为，尽管?命周期减排量仍然与?均GDP呈反?关系，但新型电池技术消除了这些国家群体之间的?部分差异，并为低收?国家（尤其是?洲、东南亚和印度）带来了显著的总体?命周期效益（25%?40%）。

《自然》杂志在“亮点评述”中对这项研究的创新之处作出点评：通过“气候—车辆—电池—退化”的综合建模框架，首次在全球尺度上量化了技术进步带来的“气候适应协同效益”。

不过，研究团队也提醒，目前的技术成就并不意味着可以高枕无忧。论文作者、北京大学研究员孙铭阳对记者表示，考虑到电动车电池需要长达15到20年的服役期，对于目前仍处于商业化前期的固态电池、钠离子电池、硅负极电池等新兴技术，其在未来复杂升温情景下的实际耐久性仍需大规模验证。

“当前的国际能源署等机构出版的《电池与安全能源转型》报告中，电动车电池寿命估计十分关键。然而，当前分析主要基于历史气候条件，尚未系统覆盖未来升温情景。”研究团队建议，在未来的能源技术研发与分析报告中，应该引入主动评估机制，将气候情景纳入电池测试与寿命分析，实现从“被动承受”向“主动适应”的转变，以免未来高昂的试错成本最终由人类买单。

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