作家布莱恩·阿瑟在《技术的本质》一书中写道，“技术是一个异常美丽的主题，它不动声色地创造了财富，成就了经济的繁荣，改变了人类的生存方式。”

从原始社会、农耕时代、工业文明到信息化世界，人类的进步仰赖于无数伟大而闪耀的科技发现。当技术的长河汇入新的节点，AI的时代大幕徐徐展开，人类对技术的热情和恐惧也前所未有。我们畅想通过技术实现永生，却又无比担忧会被技术反噬。“技术”到底是什么？人类将被自己创造的技术带向何方？……

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事实表明，交通运输部门对全球气候变化和二氧化碳排放有重大影响，因此，普遍认为，电动汽车（EV）在地球转型为清洁能源星球的过程中扮演重要角色。

采用电动汽车将有望带来许多环境，社会和经济效益，例如空气污染物排放减至最少，城市空气更清洁，噪声排放减少以及经济增长。电动汽车可以显着降低能源消耗和温室气体排放，特别是当一次能源转换为清洁能源的时候，如风能和太阳能。

大规模采用电动汽车益处多多，但在社会大众的普遍接受度方面仍然困难重重。尽管当前电动汽车在性能和行驶里程数方面都有了长足的发展，但与传统燃油车相比，电动汽车仍存在以下明显短板：电池的重量、体积和成本；充电基础设施网络短缺；充电时间较长；充电成本相对较高等。

在许多国家，全电动汽车的市场份额仍然很低。www.openchargemap.org

电动汽车基础设施的发展是实现电动汽车被广泛采用所面临的关键问题。在这种大背景下，电气化道路（e-Roads）将发挥重要作用，以跨越电动汽车被公众广泛接受所面临的种种限制。

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电池的局限

为了解决电动汽车应用推广的瓶颈，进一步推动电动汽车用电池的发展和优化似乎是显而易见的解决方案之一。但是，即使电池技术的进步确实取得了成功，仍然有其他与气候、环境或资源获取相关的挑战需要解决。

近日，丰田汽车总裁章男近日在日本汽车制造商协会新闻发布会上发表了一番颇为激烈的言辞。他称道，电动汽车在当下被过分炒作，不论是制造电力造成碳排放以及向电动车过渡的成本被忽视。如果日本道路上的每辆汽车都使用电池供电，那么在夏天，当许多家庭和企业使用其空调系统时，日本将用尽电力，而支持全电动基建设施的花费将达到14—37万亿日元。并且我们制造的电动汽车越多，二氧化碳排放指标就会越差。

确实，我们也应该深思，纯电动车真的是最适合的发展方向吗？真的需要这样一刀切吗？

迄今为止，电动车电池的可持续性问题仍未完全解决。例如：锂离子动力电池所需的关键金属锂、钴和镍，能否在不违背把电动汽车作为可持续发展之手段的基本前提下，得到可持续开采。

例如，钴矿的开采主要集中在世界上最不发达的国家之一，刚果民主共和国。这个国家关于钴价值链的透明度相当有限，除了确凿的践踏人权的证据外，还有危险的工作环境，强制劳动和童工等证据。而锂金属的供应商还必须考虑道德采购问题，况且，也并不能保证锂离子电池的需求能永远被满足。

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充电技术

技术进步甚至涉及到电动汽车的充电技术。目前的电动汽车充电技术可分为插电式充电、导电式充电和感应式充电。

插电式充电几乎可以为所有现有的电动汽车充电，但电动汽车必须停在路边，并插上电源。与此不同的是，利用导电式充电技术，电动汽车在移动时通过受电弓与输电线物理接触，从而可以在短时间内实现高效的能量传输。

最新的感应式充电技术，也称为无线电力传输(WPT)，能在电动汽车行驶或短时停站期间，通过感应耦合，把电能以无线方式传输给电动汽车。

以下是关于WPT技术可以简单描述：

● 来自电网的电流通过发射线圈发送电流；

● 电流产生一个磁场；

● 磁场在接收线圈中感应出一个电流，该电流被调谐到相同的频率。

尽管WPT还不是一项成熟的技术，但它可以克服许多阻碍电动汽车普及的局限性。

电动汽车的无线感应式充电（Roberts＆Zarracina，2017）

感应式充电技术可以有许多优点，例如：

● 电池续航里程增加，这意味着续航焦虑降低；

● 尺寸更小的电池和更快速的充电，这意味着移动性的增加；

● 驾驶员无需处理脏污和具有潜在危险的电缆（雨水，电缆，故意破坏等），充电过程也更加容易。

三种电动汽车常用充电技术对比表

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可无线充电的电气化道路（e-Roads）

e-Roads听起来有点像科幻小说的场景，但它的快速发展速度超出我们了的想象。从理论上讲，e-Roads可对不限数量的在途行驶中的电动汽车进行无线充电，从而避开了充电站数量短缺这个瓶颈。

智能涂层，能量收集，传感器和其他介质（概念图）

在e-Roads上实施的近场WPT技术，可通过感应方式把电力传送到接收装置，功率高，但在气隙距离方面有一定限制。在过去的十年里，WPT系统在充电功率、传输距离、效率和安全性方面取得了显著进展，极大地推动了其现实应用。

此外，与众多电动汽车中使用的大型电池相比，全面进行动态充电的布线线路可能更具可持续性。

e-Roads的建造技术正在发展中，包括基于现场，或基于预制的装置，它们被分为：

● 基于沟槽的方式 (在浅表地层或地表上施工)；

● 微沟槽方式（仅在浅表地层）；

● 全车道更换(在浅表地层或地表上进行全宽度车道建造)；

● 预制全宽度车道（浅表地层或地表）。

基于沟槽和微沟槽施工方案的潜在优势包括：更短的安装周期(与全宽度车道施工相比)，更少的渣土挖掘量，以及便捷的e-Roads系统维护。

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e-Roads的使能材料

特殊材料的磁特性使WPT有望成为电动汽车充电系统，而e-Roads也正在成为现实。可磁化材料、混凝土和沥青的使用，为交通运输行业创造了很多新的机会。

“Talga”和“Betotech”解决方案可使用添加了原始石墨烯、石墨和矿石加工过程中富含二氧化硅副产品的标准水泥来实现混凝土导电。这种石墨烯增强的混凝土具有高的导电性，且电阻率低，约为0.05欧姆·厘米。相比而言，在同样干燥的情况下，水泥砂浆的总电阻率高得惊人，约为1000000欧姆·厘米。

石墨烯（Mag = 500x和10,000x）的SEM图像（由i.lab Italcementi提供）

“Magment”提出了一种新颖的石墨烯替代解决方案，该方案由可磁化混凝土材料(水泥基或沥青基)组成，采用了磁铁氧体颗粒作为骨料，可在高频电流感应下获得磁性。这是一项专利技术，既保持了传统混凝土的机械性能，也可与常规道路施工做法完全兼容。

WPT需要不同的磁性层来控制磁场，不仅可以把磁场引导到接收器的方向，而且可以把磁场限制在地表范围内。

使用工程超级材料（metamaterials，MM），有可能通过操控电磁波来实现发射机线圈的卓越效率。

磁性材料的分类（由Magment.de提供）

在Magment技术的某些特殊案例中，在可磁化混凝土衬底下放置一个反磁性超级材料(Diamagnetic Metamaterial,DM)层，并在线圈之上放置一个场聚焦(Field-Focusing,FF)层。

不同电动汽车的效率与发射-接受线圈间距的关系（由Magment.de提供）

这种混凝土由将近87%的可磁化骨料组成，这些骨料是陶瓷铁氧体制造和电子废料回收时产生的废弃物。铁氧体是由含锰、锌、钙、铝等金属元素的铁氧化物组成的陶瓷材料。主要优点是铁氧体颗粒主要来自于铁氧体工业和电子废料的回收材料，尽管它们的电磁性能可能是不确定的。

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e-Roads的技术特征

e-Roads在结构上比传统道路更为复杂，尤其是因为它们具有嵌入式技术设备。e-Roads的耐用性和最少的维护，是实施e-Roads的关键。路面必须对载荷挠曲或车辙印具有较高的机械抗力。混凝土路面的使用寿命为50-60年，能够满足较长的耐久性要求。但是e-Roads的耐久性要求还需要进一步研究优化。

在基于WPT的e-Roads系统中，最重要的组件是由混凝土模块和电力电子设备组成的充电单元（charging unit,CU）板。其中包括充电系统，如导电线圈和磁性铁氧体。

改善e-Roads的结构完整性非常重要。这包括使用高品质的涂料，应力释放膜或织物，重要界面处的塞缝材料，增强型材料以及沥青覆盖层的规定等级。

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应用场景

“新政，大巴黎的未来之路”，CRA-Carlo Ratti Associati

感应充电技术分为静态、静止和动态三种，可用于多种应用场景。

静态充电技术可应用于停车场、公交车停放场、货车装卸场等场合。静止充电技术可应用于正在排队的出租车、临时停靠在公交站点的公交车和停靠在路口的车辆。动态充电技术可应用于具有专用充电车道的高速公路和城市道路。

WPT正在被验证是否是一种有效的技术，因为它很有可能在不久的将来被采用，特别是在公共交通和物流领域。

电池的成本和自主产权仍然是电动巴士和货运车辆广泛采用的相关限制。然而，由于这类车辆总是沿着相同的路线行驶，因此它们可以充分利用WPT动态充电技术。此外，据估计，使用这种技术，电池的尺寸可以减少多达70%。这也降低了车辆的整体重量，并延长了电池的性能寿命。

感应充电技术已经在意大利都灵（自2003年以来）和荷兰乌得勒支（自2010年以来）为公交车提供动力。韩国、以色列和德国也成功实施了对公共电动巴士动态充电的交通网络。挪威则专注于对长途重型货物运输进行动态充电，即使挪威仅5%的公路实现e-Roads改造，也将减少重型车辆近50%的排放。

出租车通常需要排队或停在机场、火车站和酒店等重要场所。插入式充电技术将迫使出租车在停车场滞留数小时，而无线充电技术可以成功地克服这一关键性限制。

奥斯陆将成为世界上第一个实施动态WPT的城市，使电动出租车可以在缓慢移动的出租车队列中进行充电。

此外，在物流领域，电动叉车和地面救援设备（GSE）等车辆可以通过选定的行驶路线来发挥WPT的潜力，而无需停下来充电。

如今，世界各地都在开发不同的高速公路电气化实施项目，比如瑞典的“哥特兰智能公路”项目，以及英国的“英格兰高速公路”项目。

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电气化道路无疑是一种面向未来的交通运输方式，在缓解环境压力，节约能源等方面都大大优于现有方式。采用电力为道路运输提供动力，能够显著降低化石燃料的使用量，从而减少排放甚至实现“零排放”，未来，电气化道路可以从根本上使道路运输摆脱对石油的依赖，是降低碳排放的有力方式。有专家认为，电气化道路极有可能成为未来城市建设的关键环节。

“新政，大巴黎的未来之路”，CRA-Carlo Ratti Associati

正如布莱恩·阿瑟在《技术的本质》一书中所说的：“技术集合在一起，然后创造一个结构，决策、活动、物流、服务流都发生在其中，由此创造了某种我们称之为‘经济’的东西。经济以这种方式从它的技术中浮现出来。它不断地从它的技术中创造自己，并且决定哪种新技术将会进入其中。注意这里的因果循环：技术创造了经济的结构，经济调节着新技术的创造（因而也是它自身的创造）。”

材料是人类文明进步的物质载体和生产力发展水平的重要标志。人类从石器-新石器时代、铜器时代、铁器时代，进步到信息社会、电子及各种功能材料时代……几千年科学技术的进展无不仰仗于材料的支撑。在道路电气化的技术突破进程中，材料科学的突破，无疑将再次扮演重要的角色。

对于材料科学家来说，这无疑是个极好的机遇，但更多是挑战。

值此岁末年初，祝各位朋友们新年快乐，一起顺利！