電動汽車：等待對的電池

杰克·斯圖爾特

如果你有幸造訪美國加州像拉霍亞（La Jolla）這些超級富豪云集的地區，或者去到像芒廷維尤（Mountain View）這些高科技公司扎堆的地方，就有機會領略未來。

確切地說，領略汽車業未來。特斯拉、日產聆風和豐田普銳斯或類似的汽車，在路面上比比皆是。電動汽車和混合動力汽車與普通燃油汽車在車流中交相輝映；許多企業、購買中心和家庭也都安裝了充電樁。

如果電動汽車廠商們果真如愿以償，這就是我們在某個時段都會置身于其中的未來；汽車廠商們正不惜投入巨資，讓這一幕成為現實。問題是，將小片地區的需求變成全國地區的需求有多容易？

在加州另一處，埃隆·馬斯克（Elon Musk）創辦的特斯拉汽車公司（Tesla Motors）最近提議計劃，在尚未披露的美國西南地區新建一家巨型電池工廠（具體廠址成了熱議話題）。這個所謂的“千兆工廠”預計造價高達50億美元，定于2020年生產的鋰離子電池可滿足50萬輛汽車的需求——年產量超過2013年全球年產量。

可是一些人士認為，等到這家工廠破土開張，特斯拉的計劃到時似乎就過時了。IHS Automotive是領先的全球汽車業務情報提供商，該公司的高級規劃主管菲爾·戈特（Phil Gott）認為，特斯拉的宏偉計劃“恐怕考慮欠周”。原因是，正在研發的新技術有望提供更出色的替代技術，解決專家們所說的電動汽車面臨的最大阻礙因素之一。

電動汽車面臨的這個問題就是，電池又大又重；因而，安裝上去的電池數量很有限。比如說，特斯拉Model S的電池組平鋪在汽車地板上，大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中，電池組提供大約300英里（482公里）的行駛里程，之后就需要插入充電樁充電。日產聆風充一次電可以跑80英里（128公里）左右。除此之外，充電過程比起只需加油要慢得多。

那么，如何才能生產出性能更好的電池？從最基本層面來說，電池含有正負極、隔板和電解質。許多不同類型的材料可以用作電解質，不同的材料組合讓電池可以貯存不同數量的能量。不過，要是材料發生變化，電池續航時間和安全特征也隨之變化，所以總是少不了折中辦法。鋰離子電池大行其道，但發生過鋰電池在飛機上短路起火的事件，因而攜帶受嚴格限制。任何活性更強或不穩定的電池都有安全 隱患。不過，如果設計出最佳的材料組合，有望獲得巨大回報。

在最近研究工作之前的數十年中，電池技術已得到了一系列改進。

最先問世的是鉛酸電池，這種電池今天仍然廣泛應用于汽車，它們個頭龐大。接著出現了鎳鎘（NiCad）電池，這種可充電電池由此開啟了便攜式技術唱主角的新時代：筆記本電腦和手機等移動設備，還有我們小時候的遙控汽車。再后來出現了鎳氫（NiMH）電池，電池容量或能量密度大概翻了一番。現在，現代化的設備和電動汽車普遍使用鋰離子（Li-ion）電池。

展望未來，準備迎接名字越來越復雜的電池技術，比如鋰鎳錳鈷氧（LiNiMnCo）電池。這種材料的特性很復雜；眼下，研究人員致力于不僅搞清楚為何這些材料能工作，還要搞清楚如何工作——電子在材料中移動的基本物理原理。

丹尼爾·亞伯拉罕（Daniel Abraham）是美國阿爾貢國家實驗室的材料科學家，他說：“我們阿爾貢國家實驗室在研究一些材料，它們有望將電池當前的能量密度提高一倍。我們先夢想或設想想要處理的材料，然后努力在實驗室合成材料。”

目前，備受矚目的幾種電池包括：鋰空氣電池（更確切地說是鋰氧氣電池）和鋰硫電池。若能做到可以在各種條件下正常工作，鋰氧氣電池的性能有望比目前的鋰離子電池大幅提升，提高整整一個數量級。亞伯拉罕說：“這是當前一個非常熱門的研究領域。”

的確，大眾汽車公司最近暗示，它在研究鋰空氣電池。由于開發工作還沒有最終完成，大眾采用的具體的化學/材料組合還沒有透露。這家公司的工程師們甚至不愿表示這項技術已在汽車中進行了測試，還是仍處在“實驗臺”階段。

不過，雖然這項技術有望帶來變革，但想要生產出工作起來持續、可靠、安全的鋰空氣電池，還面臨一大堆技術挑戰。到目前為止，試驗證明電極很不穩定。

不過世界各地的實驗室正在努力破解這個難題，試圖克服種種缺點。但愿更重視這些“超鋰離子”技術，會確保研發過程加快，并從長遠來看，確保汽車跑得更快、跑得更遠。