新能源汽車(chē)未來(lái)的產(chǎn)值巨大 誰(shuí)將成為新一代電池?

時(shí)間:2016-03-24 08:42來(lái)源:騰訊汽車(chē) 作者:西顧
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       無(wú)數(shù)聰明的頭腦和天量科研資金,仍然投入到電池研發(fā)中,盡管它的能量密度可憐。
 
       新能源車(chē)產(chǎn)業(yè)看著花團(tuán)錦簇,實(shí)際上像茶杯里的老鼠,看著透亮,前途不大。原因就在于電池的能量密度實(shí)在無(wú)法與傳統(tǒng)動(dòng)力相比。幾乎全世界相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科研力量都涉足了電池研究。突破了這一點(diǎn),就突破了新能源車(chē)與傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)之間的藩籬,剩下的路一馬平川。當(dāng)然,神奇的自然規(guī)律不會(huì)讓我們那么容易得逞。
 
       電池中可憐的電子遷移比例,決定了電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上汽油,柴油,丁烷,丙烷,天然氣,當(dāng)然更比不上氫燃料——因?yàn)闅浔旧砜梢詫⑷康碾娮訁⒓踊瘜W(xué)反應(yīng)。豐田的氫燃料汽車(chē),從能量密度角度看,是完美的化學(xué)解決方案。它的難度在于龐大昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和吸附、儲(chǔ)存介質(zhì)——氣態(tài)的氫實(shí)在太活躍太危險(xiǎn)了。
 
       結(jié)果就是豐田率領(lǐng)自己的雁陣,在列島的孤立之境中曲高和寡地玩兒。氫燃料的科技門(mén)檻太高,以至于大家對(duì)燃料電池在廣袤的大陸國(guó)家大規(guī)模應(yīng)用,有點(diǎn)缺乏信心。當(dāng)然,除非豐田能想出更石破天驚的法子,解除大家對(duì)燃料電池安全和成本的戒心。
 
        無(wú)數(shù)聰明的頭腦和天量科研資金,仍然投入到電池研發(fā)中,盡管它的能量密度可憐。
 
        正如我們?cè)诟咧谢瘜W(xué)中學(xué)到的,大多數(shù)物質(zhì)電子轉(zhuǎn)移的比例都很低。只有元素周期表的前兩行的輕原子有可能成為好的能量載體。除掉惰性氣體和氮(跟惰性氣體差不多的德性),還有熏死人的氟,只剩下氫(100%),碳(66%),硼(60%),鈹(50%),鋰(33%)——括號(hào)里是參加反應(yīng)的電子比例。
 
         大家很容易發(fā)現(xiàn),最適合能量載體的仍然是碳和氫。碳?xì)浠衔,不就是我們常用的汽油天然氣一?lèi)的燃料嗎?
 
         出于排放考慮的電池,能選用的正負(fù)極材料,仍然必須在上述圈子里尋找。在可憐的能量密度提不上去的同時(shí),我們還得操心別的事。
 
經(jīng)典派
 
         電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了百余年,早就過(guò)了爆發(fā)期。對(duì)于未來(lái)我們必須要有現(xiàn)實(shí)態(tài)度。支持電池發(fā)展的分子物理和化學(xué)分支,二戰(zhàn)以后沒(méi)有重大理論突破。我們見(jiàn)證了從鉛酸到鎳鎘、從鎳鎘到鎳氫、從鎳氫到現(xiàn)在的鋰離子的可充放電池發(fā)展歷程。這期間電池結(jié)構(gòu)沒(méi)有什么變化,可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)也不會(huì)有。因此,不要想著爆個(gè)大新聞。
 
         研究經(jīng)典電池的大多數(shù)機(jī)構(gòu)或者公司,都在正負(fù)極材料、電解液、隔膜上做文章。
 
          倒退兩年,正極材料研究是熱點(diǎn)。除了特斯拉熱捧的鈷酸鋰之外,目前的其它鋰電池正極熱點(diǎn)材料,還有三元化合物L(fēng)i(NiCoMn)O2 、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)。 然而由于壓實(shí)密度原因,采用這些材料的電池的容量并不如鈷酸鋰電池。為什么人們還要大力研究?
 
          鈷酸鋰電池好是好,只是由于熱失控的問(wèn)題體積做不大;谕瑯拥脑,為追求大電量,需要將眾多鈷酸鋰電池堆疊在一起。精確管理這些小電池,似乎成為控制技術(shù)的噩夢(mèng)。特斯拉將它們劃分成數(shù)百個(gè)小單元分別控制。但過(guò)高的成本讓特斯拉缺乏追隨者。
 
           前幾天在京高調(diào)召開(kāi)發(fā)布會(huì)的微宏公司,用三元材料作正極,鈦酸鋰作負(fù)極,并對(duì)電解液和隔膜進(jìn)行了獨(dú)到的設(shè)計(jì)。公司高層宣稱可以在300攝氏度時(shí)不陷入熱失控。
 
          除了還原劑令人頭痛,氧化劑的選擇也沒(méi)有什么余地。如果不用過(guò)渡金屬,鹵素也顯然不行,那就只能選氧與硫。鋰空氣電池(鋰、氧)與鋰硫電池都有很多人研究,但進(jìn)展寥寥。除了IBM曾經(jīng)爆出過(guò)大新聞。
 
         IBM旗下的 “電池500”項(xiàng)目,致力于使鋰空氣電池商用化。和目前商用的重金屬氧化物作為陰極的鋰電池不同,鋰空氣電池的負(fù)極是泡在有機(jī)電解液里面的碳棒,反應(yīng)物則是空氣中的氧氣。 
 
          這種反應(yīng)模式最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須自帶陰極氧化物,重量大大減輕,能量密度可以提升10倍,插電式電動(dòng)車(chē)依靠這種電池可以一次行駛800公里,超過(guò)傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)。不僅如此,鋰空氣電池也可以不進(jìn)行充電,直接更換正負(fù)極卡盒,算是一種新型的燃料電池。
 
          既然使用空氣,該電池必須設(shè)計(jì)成開(kāi)放系統(tǒng),電極和電解質(zhì)都暴露在空氣中,這使得人們始終無(wú)法維持這兩者的穩(wěn)定性,被當(dāng)做陰極的碳棒會(huì)與電解質(zhì)產(chǎn)生各種意料之外的副反應(yīng),導(dǎo)致負(fù)極迅速劣化。無(wú)論 “鋅空”到“鋰空”,都被嚴(yán)厲地批判過(guò)。
 
          日本旭化成公司(Asahi Kasei)和中央硝子公司(Central Glass)在分離膜和電解液方面為該小組提供支持。
 
           該小組嘗試將碳棒換為昂貴的納米金陰極,將陰極反應(yīng)液換成更不容易參與陰極反應(yīng)的有機(jī)液體。并聲稱獲得“充放電高達(dá)數(shù)百次而性能下降不明顯”的鋰空氣電池。但距離商用化,仍然有“很長(zhǎng)的路要走”。
 
          為了避免負(fù)極產(chǎn)生枝晶,即鋰離子在負(fù)極表面無(wú)序生長(zhǎng),需要加強(qiáng)捕獲鋰離子的手段。微宏公司也聲稱采用“多孔復(fù)合碳”作為負(fù)極材料,比表面積是傳統(tǒng)石墨的20倍以上,使鋰離子穩(wěn)定快速地遷移。
 
石墨烯
 
          既然電池的正負(fù)極表面材料和結(jié)構(gòu)大有講究,為什么不利用近來(lái)突飛猛進(jìn)的納米技術(shù),用各種納米線、管、球、碗設(shè)計(jì)精細(xì)有序的表面結(jié)構(gòu)呢?
 
          石墨烯就是其中的大新聞。盡管人們普遍對(duì)此懷有疑慮,因?yàn)槁暦Q以石墨烯為原料的鋰電池能量密度高達(dá)600wh/kg,是傳統(tǒng)動(dòng)力鋰電池的5倍。一度有人將石墨烯技術(shù)當(dāng)做解決新能源車(chē)?yán)m(xù)航問(wèn)題的終極方案?上Вl(shuí)也沒(méi)有在可控成本上復(fù)制試驗(yàn)室成果。
 
          單層或者2層石墨烯確實(shí)很神奇:最薄、最堅(jiān)硬、最導(dǎo)熱、最導(dǎo)電,簡(jiǎn)直就是上帝賦予的材料。但只是看上去很美。
 
          “接近完美”的石墨烯成本非常高昂,在2010年左右每克幾千元的售價(jià),做成電池誰(shuí)買(mǎi)?現(xiàn)在有公司聲稱將石墨烯的成本降低10倍,但仍然太貴。
 
           即便不考慮成本,石墨烯很難分離到“完美”的1、2層,現(xiàn)有幾種方法分離出的石墨烯,充滿著官能團(tuán)和瑕疵,層數(shù)不一,電化學(xué)性能遠(yuǎn)不盡人意。
 
           有人提出,像撒芝麻一樣,在導(dǎo)電劑中摻點(diǎn)石墨烯。但馬上就有唱反調(diào)的人站出來(lái)說(shuō),石墨烯做導(dǎo)電劑分散性,還不如廉價(jià)的碳家族兄弟。石墨烯很容易把從正極出發(fā)的鋰離子通道給堵死,反映到宏觀層面,就是這種電池充一兩次電之后就廢了。
 
           石墨烯做負(fù)極,理論上最多是石墨負(fù)極兩倍的容量,而硅做負(fù)極的理論容量近石墨的10倍,石墨烯就是成本低了也玩不過(guò)人家。事實(shí)上如果只考慮能量密度的話,金屬錫更適合作為負(fù)極材料。但到現(xiàn)在為止也就索尼推出過(guò)“錫電池” (Sony nexelion 14430W1)。但是,錫電池的名氣遠(yuǎn)不如還未做出成品的石墨烯電池。
 
固態(tài)電池
 
          電解液只為了電子有序遷移提供通路,本身并不能蓄能。如果沒(méi)有電解液,豈不能提高能量密度?能量載體的物質(zhì)密度,固體>液體>氣體。這是很容易理解的。
 
          支持全固態(tài)電池的廠商聲稱,他們研發(fā)的對(duì)象規(guī)避了液態(tài)電池的種種弊端。作為技術(shù)關(guān)鍵,固態(tài)電池傳遞電荷的介質(zhì)(電介質(zhì))是各家電池公司的飯碗。盡管理論上可用氧化物、硫化物、氮化物作為固態(tài)電解質(zhì)材料,但無(wú)法實(shí)現(xiàn)液態(tài)電池那樣的傳導(dǎo)率。德國(guó)馬克思普朗克研究所開(kāi)發(fā)的一種包含鋰、鍺、磷、硫的化合物,傳導(dǎo)率空前地高,但仍未能達(dá)到液態(tài)電池的水平。
 
          所有固態(tài)電池廠家心知肚明的是,電池陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移電阻過(guò)高,致使固態(tài)電池的功率密度還很低。同時(shí),制造電池(其實(shí)是固態(tài)電介質(zhì))成本還非常高,因此距離商業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。
 
         作為新能源技術(shù)領(lǐng)頭羊的豐田存在同樣的苦惱。公司高管必須做出決定,選擇看起來(lái)靠譜的那一個(gè)技術(shù)方向。在2010年,豐田推出了續(xù)航力達(dá)1000公里的電動(dòng)車(chē),用的就是固態(tài)電池技術(shù)。豐田還暢想在2020年將該技術(shù)商用化。但很快,豐田就將資金砸向氫燃料電池技術(shù),圍繞氫制備和存儲(chǔ),建立了龐大的專利群。豐田的宣傳機(jī)器轉(zhuǎn)而宣傳“美好氫時(shí)代”。
 
          豐田從電動(dòng)轉(zhuǎn)向“氫動(dòng)”,鑒于豐田的地位,此舉直接打擊了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)。一時(shí)間,幾乎所有廠家都本能地對(duì)固態(tài)電池持謹(jǐn)慎態(tài)度。當(dāng)豐田莫名其轉(zhuǎn)向時(shí),有些整車(chē)廠甚至還沒(méi)有搞清楚,固態(tài)電池的瓶頸到底在哪里。
 
          曾得到巴斯夫和通用投資的創(chuàng)業(yè)公司Sakti3,聲稱研發(fā)出擁有1100WH/L的能量密度的固態(tài)電池——相當(dāng)于主流鋰電池的4倍。Sakti3預(yù)測(cè),固態(tài)電池電池的成本將“很快”降低至100美元/千瓦時(shí)。
 
          而豐田曾公開(kāi)表示,“在克服技術(shù)障礙的前提下”,全固態(tài)電池在2025年可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,比鋰空氣電池早5年。但隨后豐田很快發(fā)現(xiàn),“技術(shù)障礙”是如此地強(qiáng)大,足以阻礙固態(tài)電池的技術(shù)前進(jìn)腳步。豐田選擇了另一條道路,所謂的“2025年固態(tài)電池”再也沒(méi)有被提及。
 
          讓所有創(chuàng)業(yè)公司迷惑、新能源整車(chē)廠家謹(jǐn)慎的是,眼下不存在競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝者。5年內(nèi)新能源汽車(chē)未來(lái)的產(chǎn)值將達(dá)到整個(gè)汽車(chē)工業(yè)的10%。在不能產(chǎn)生新王者的局面下,龐大的產(chǎn)值仍然依靠我們今天熟悉的鋰電池產(chǎn)業(yè)。有明確商業(yè)價(jià)值的新一代電池,會(huì)誕生在我們已經(jīng)提到的這些技術(shù)方案之中嗎?這是一個(gè)大概率事件。畢竟選擇就那么幾樣。不過(guò),新技術(shù)很可能賦予它們新面目和可靠的競(jìng)爭(zhēng)力。
 
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    新能源汽車(chē)一直以養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、使用成本比汽油車(chē)低,吸引消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)。從2009年新能源汽車(chē)大力補(bǔ)貼開(kāi)始計(jì)算,不少首批新能源車(chē)車(chē)主的純電動(dòng)汽車(chē)或插電混動(dòng)車(chē)使用期限已經(jīng)超過(guò)6年,也過(guò)了當(dāng)初廠家承諾的質(zhì)保期。近日,記者接到不同品牌新能源車(chē)車(chē)主的反映:新能源
    2017-03-13 14:09
  • 新能源車(chē)結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩凸顯 動(dòng)力電池產(chǎn)能是需求量7倍

    目前,在新能源客車(chē)、貨車(chē)領(lǐng)域,企業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的過(guò)剩苗頭,動(dòng)力電池高端產(chǎn)能不足、低端產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題進(jìn)一步加劇。1月14日,工業(yè)和信息化部部長(zhǎng)苗圩在電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)上如是說(shuō)。 根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳此前印發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020年
    2017-01-22 14:23
  • 中國(guó)停建100多座火電廠控霧霾 轉(zhuǎn)向新能源項(xiàng)目

    美媒稱,中國(guó)政府近日宣布,取消興建100多座火力發(fā)電廠的計(jì)劃,試圖讓該國(guó)擺脫堪稱最臟發(fā)電形式的同時(shí),控制該領(lǐng)域的投資失控和浪費(fèi)現(xiàn)象。 美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》網(wǎng)站1月20日刊登題為《控霧霾遏產(chǎn)能 中國(guó)取消103個(gè)火力發(fā)電項(xiàng)目》的報(bào)道稱,本周,中國(guó)國(guó)家能源管理
    2017-01-22 14:15
  • 由電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇引發(fā)的思考:繁榮背后的隱患

    剛剛結(jié)束的電動(dòng)車(chē)百人會(huì)論壇人氣頗旺,可以明顯看到中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的火爆和亢奮。在慶祝中國(guó)已經(jīng)成為全球最大電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)的同時(shí),我們不能忽視當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策和企業(yè)發(fā)展導(dǎo)向所帶來(lái)的隱患。 產(chǎn)業(yè)政策拉動(dòng)的弊端 過(guò)去二十多年來(lái),基本上每一次政府大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)
    2017-01-19 14:58
  • 搶奪汽車(chē)下一個(gè)制高點(diǎn):無(wú)人駕駛時(shí)代五年內(nèi)到來(lái)?

    1月14日,中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇在北京召開(kāi),其中無(wú)人駕駛汽車(chē)成為一大議題。目前無(wú)人駕駛汽車(chē)的發(fā)展還處在初級(jí)階段,雖然各國(guó)在無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展路線上有所區(qū)別,但對(duì)技術(shù)的最終目標(biāo)的定義基本一致。 當(dāng)天,科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼表示:近幾年來(lái),世界各國(guó)都在高
    2017-01-17 17:50
  • 搶奪汽車(chē)下一個(gè)制高點(diǎn):無(wú)人駕駛時(shí)代五年內(nèi)到來(lái)?

    1月14日,中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇在北京召開(kāi),其中無(wú)人駕駛汽車(chē)成為一大議題。目前無(wú)人駕駛汽車(chē)的發(fā)展還處在初級(jí)階段,雖然各國(guó)在無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展路線上有所區(qū)別,但對(duì)技術(shù)的最終目標(biāo)的定義基本一致。 當(dāng)天,科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼表示:近幾年來(lái),世界各國(guó)都在高
    2017-01-17 17:37
  • 財(cái)政部:新能源車(chē)配套補(bǔ)貼細(xì)則不能保護(hù)落后

    新的財(cái)政補(bǔ)貼政策明確,在保持2016年至2020年補(bǔ)貼政策總體穩(wěn)定的前提下,調(diào)整完善補(bǔ)貼方法,改進(jìn)資金撥付方式,提高生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入門(mén)檻,建立健全監(jiān)管體系。 去年12月底,業(yè)界翹首以盼的新能源汽車(chē)補(bǔ)貼新政終于落地。1月14日,財(cái)政部經(jīng)濟(jì)建設(shè)司副司長(zhǎng)宋秋
    2017-01-16 10:34
本月熱點(diǎn)
  • 注冊(cè)資本近1.15億元!兩巨頭成立電池回收企業(yè)

    近日,廣州優(yōu)美再生技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱廣州優(yōu)美)正式成立,公司由優(yōu)湃能源科技(廣州)有限公司與格林美集團(tuán)下屬武漢動(dòng)力電池再生技術(shù)有限公司有限公司(以下簡(jiǎn)稱動(dòng)力再生)攜手打造。 據(jù)了解,廣州優(yōu)美注冊(cè)資本約1.15億人民幣,經(jīng)營(yíng)范圍含化工產(chǎn)品銷(xiāo)售
    2024-04-16 10:29
  • 寧德時(shí)代、科達(dá)利、特斯拉等發(fā)力這一新賽道!

    4月22日,科達(dá)利發(fā)布公告稱,公司與臺(tái)灣盟立臺(tái)灣盟立、臺(tái)灣盟英擬共同投資深圳市科盟創(chuàng)新機(jī)器人科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱深圳科盟)并簽署《投資合作協(xié)議書(shū)》。深圳科盟并簽署《投資合作協(xié)議書(shū)》。深圳科盟注冊(cè)資本擬為人民幣1億元,其中公司以現(xiàn)金方式投入人
    2024-04-24 10:11
  • 續(xù)航里程1000公里!寧德時(shí)代發(fā)布神行PLUS電池

    4月25日,在2024北京車(chē)展上,寧德時(shí)代舉行乘用車(chē)新品發(fā)布會(huì),發(fā)布神行PLUS電池,續(xù)航里程1000公里。同時(shí),充電10分鐘可續(xù)航600公里。
    2024-04-25 17:53
  • 天奇股份牽手長(zhǎng)安汽車(chē) 共同打造動(dòng)力電池全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)!

    天奇股份4月18日公告,擬與中國(guó)長(zhǎng)安、長(zhǎng)安汽車(chē)共同投資設(shè)立合資公司,并以合資公司為主體合作開(kāi)展電池回收、梯次利用及再生業(yè)務(wù)。目標(biāo)打造成為西南區(qū)域領(lǐng)先的電池回收標(biāo)桿企業(yè)。 合資公司的注冊(cè)資本為1.8億元,其中公司擬出資8820萬(wàn)元,持有合資公司49%的股
    2024-04-19 08:42
  • 50億元!這家公司擬在摩洛哥投建鋰電池負(fù)極材料項(xiàng)目

    4月26日晚間, 中科電氣 發(fā)布公告,宣布公司計(jì)劃通過(guò)其控股子公司湖南中科星城石墨有限公司,在中國(guó)香港或其他海外地區(qū)新設(shè)全資子公司, 以間接投資方式設(shè)立摩洛哥項(xiàng)目公司,實(shí)施一項(xiàng)年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋰離子電池負(fù)極材料一體化基地項(xiàng)目 。 據(jù)了解, 項(xiàng)目計(jì)劃總投資
    2024-04-29 18:25
  • 全固態(tài)電池三大技術(shù)路線,誰(shuí)將最終勝出?

    近年來(lái),憑借高密度、更安全性、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場(chǎng)關(guān)注,最新消息不斷。
    2024-04-22 18:17
  • 鋰礦龍頭一季度預(yù)虧超36億元,收深交所關(guān)注函!

    4月23日晚間,天齊鋰業(yè)發(fā)布業(yè)績(jī)預(yù)告,預(yù)計(jì)今年第一季度同比由盈轉(zhuǎn)虧。 同日晚間,深交所對(duì)天齊鋰業(yè)下發(fā)關(guān)注函,要求其結(jié)合主營(yíng)業(yè)務(wù)開(kāi)展情況、產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)量、產(chǎn)品價(jià)格等,分析2024年一季度虧損較2023年四季度大幅增加的原因,并說(shuō)明是否存在持續(xù)虧損風(fēng)險(xiǎn)等。 鋰
    2024-04-25 09:30
  • 又有車(chē)企公布全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間!

    當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月16日,日產(chǎn)汽車(chē)公開(kāi)全固態(tài)電池試生產(chǎn)線的預(yù)定設(shè)置場(chǎng)所,在生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)等的橫濱工廠建筑內(nèi)確保了約1萬(wàn)平方米空間,為搬入設(shè)備推進(jìn)施工。 日產(chǎn)計(jì)劃2025年3月開(kāi)始生產(chǎn)全固態(tài)電池,目標(biāo)2028年度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)日產(chǎn)介紹,全固態(tài)電池的能量密度是傳統(tǒng)鋰離
    2024-04-18 08:43
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