電動汽車終有一天會取代傳統(tǒng)燃油汽車，這是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但就現(xiàn)階段而言，困擾電動車普及的問題除了速度、馬力等因素之外，還有一個重要的因素就是電池。今天，小編帶大家來看看那些近期推出的可能推動電動汽車快速發(fā)展的電池及充電技術(shù)。
盡管眼下我們用來給電動汽車供能的鋰離子電池一直以來也都在改進(jìn)，但一種流傳很久的說法是，從技術(shù)上講，當(dāng)初啟用鋰離子電池可能是選錯了道。
若要使電池的性能與化石燃料相媲美，那么電池的能量密度就需達(dá)到約1000瓦時/千克。而眼下我們所使用的鋰離子電池，就算性能翻番也只能達(dá)到400瓦時/千克。正如美國前能源部部長朱棣文所言，電池科技若要與內(nèi)燃機(jī)相抗衡，其蓄電能力還得提升至當(dāng)今電池的六到七倍。
而就是在這一點上，鋰-空氣電池以其十倍于鋰離子電池的蓄電能力強(qiáng)勢登場。但時至今日，這種電池除了在高度受控的實驗室環(huán)境內(nèi)可行之外，要在其他任何地方實現(xiàn)應(yīng)用仍然是個重大的難題。
在發(fā)表于美國化學(xué)學(xué)會（ACS）期刊《納米快報》（Nano Letters）的論文（《用原位透射電鏡觀察過氧化鋰電化學(xué)氧化反應(yīng)的研究》）中，麻省理工學(xué)院和桑迪亞國家實驗室的研究人員使用透射電子顯微鏡（TEM），深入探究了阻礙鋰-空氣電池進(jìn)展中的一個難題——析氧反應(yīng)。
研究人員正是在這一反應(yīng)中首次觀察到了過氧化鋰（Li2O2）的氧化。過氧化鋰是鋰-空氣電池放電過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。觀察顯示，過氧化鋰主要在電池基板的界面生成，后者由多壁碳納米管制成。
在該位置，過氧化鋰阻礙電子流動，從而阻礙電池充電。然而，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在充電時，當(dāng)電子通過碳納米管時，放電時形成的過氧化鋰又會逐漸縮小。這意味著，如果能加快電池的電子轉(zhuǎn)移，那么也就能提升這些電池的充電速度。
雖然該研究仍然沒有為這些電池在實驗室環(huán)境之外的應(yīng)用指明道路，但選取一種至少有望讓電動汽車與化石燃料驅(qū)動汽車相比肩的電池科技作為未來的道路，也不失為明智之舉。
如果說，鋰-空氣電池還只是處于理論研究當(dāng)中，或許還需要漫長的等待時間。那我們不妨來看看下面這種全新電池技術(shù)。
全新全固態(tài)鋰硫電池 加快電動汽車發(fā)展
據(jù)報道，美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學(xué)家設(shè)計出了一種全新的全固態(tài)鋰硫電池，其能量密度約為目前電子設(shè)備中廣泛使用的鋰離子電池的4倍，且成本更低廉。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者梁誠督（音譯）表示：“新電池中用到的電解質(zhì)也是固體，這種設(shè)計思路完全顛覆了已延續(xù)150年到200年的兩個電極加一堆電解液的固有電池概念，也解決了其他化學(xué)家一直擔(dān)心的易燃問題。”
幾十年來，科學(xué)家們一直很看好鋰硫電池，其比鋰離子電池效率高且成本低。但壽命短是其最大弱點，因此一直未被商用。另外，電池內(nèi)使用液體電解質(zhì)也成為科學(xué)家們的桎梏。一方面，液體電解質(zhì)會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導(dǎo)。但不利的是，這一溶解過程會使電池過早地被損壞。
現(xiàn)在，該ORNL研究團(tuán)隊的新設(shè)計方法清除了這些障礙。首先，他們合成出了一種富含硫的新物質(zhì)并將其作為電池的陰極，其能傳導(dǎo)鋰離子和傳統(tǒng)電池陰極中使用的硫金屬鋰化物，隨后，再將其同由鋰制成的陽極以及固體電解質(zhì)（也由ORNL的研究人員研發(fā)而成）結(jié)合在一起，制造出了這種能量密度大的全固態(tài)電池。
測試結(jié)果表明，新電池在60攝氏度的溫度下，經(jīng)過300次充放電循環(huán)后，電容可以維持在1200毫安小時/克，而傳統(tǒng)鋰離子電池的平均電容為140至170毫安小時/克。梁誠督表示，因為鋰硫電池攜帶的電壓為鋰離子電池的一半，平均電容為其8倍，所以，新電池的能量密度約為傳統(tǒng)鋰離子電池的4倍。
早在上世紀(jì)90年代，就有人開始研發(fā)鋰硫電池，最近幾年，國內(nèi)外的相關(guān)研究工作更為活躍。較高的比容量和能量密度，意味著鋰硫電池的單體重量和體積更小，放電能力更強(qiáng)，且成本低廉，這一切看似都與現(xiàn)今電動汽車發(fā)展的需求相當(dāng)契合。然而毋庸置疑的是，其研究還有較長的路要走，比如還需要進(jìn)一步增加循環(huán)次數(shù)，并且該電池的能量密度和功率密度還需要進(jìn)一步的提升才能滿足電動汽車市場的需要。
隨著電池蓄電能力的不斷提高，充電技術(shù)也將隨之成為電動汽車普及的又一關(guān)鍵。首先，讓我們來看看特斯拉是如何解決現(xiàn)階段電動汽車因電池蓄電能力不足而導(dǎo)致所跑里程有限且充電時間過長的問題。
特斯拉：建超級充電站網(wǎng)絡(luò) 解決電動汽車普及難題
據(jù)悉，美國電動汽車制造商特斯拉到計劃今年年底前，在美國組建成一個超級充電站網(wǎng)絡(luò)，屆時公眾將能夠輕松駕駛特斯拉電動汽車由洛杉磯前往紐約。
目前特斯拉該充電站網(wǎng)絡(luò)僅有9個投入使用，其中7個位于加州。按照原定計劃，到2015年時，該網(wǎng)絡(luò)投入使用的充電站數(shù)量將增至100個。但馬斯克周三晚表示，特斯拉將加快該充電站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度，“該網(wǎng)絡(luò)充電站數(shù)量將擴(kuò)大三倍，我們將于明天向外界展示這些充電站所在位置的具體地圖。”
業(yè)界人士指出，充電站數(shù)量增加后，無疑將受到電動汽車駕駛員的歡迎。就目前而言，普及電動汽車的最大難題，就是缺乏一項低成本、高效率的電池技術(shù)。正因為如此，當(dāng)前各類電動汽車充電后所跑里程數(shù)有所限制，充電時間也較長，而且汽車售價也比較昂貴。
馬斯克承認(rèn)，電動汽車單次里程數(shù)不長的缺點，導(dǎo)致不少潛在用戶對依靠電池供電的電動汽車持謹(jǐn)慎態(tài)度。馬斯克說：“人們在購買汽車時，他們也是在購買一種自由自在的理念，即他們能夠前往任何地方而沒有后顧之憂。”
馬斯克稱，在特斯拉超級充電站網(wǎng)絡(luò)中，特斯拉電動汽車車主可在半路上為汽車充電，用時半小時，充電過程免費。業(yè)界人士認(rèn)為，如果該超級充電站網(wǎng)絡(luò)確實能夠像馬斯克所說那樣得以快速發(fā)展，則無疑將給其客戶帶來諸多便利。
接下來，我們看看沃爾沃的電動路概念。
電動路：讓電動車擺脫電池
對于頻繁?？康拈L途貨車和客車，固定?？奎c充電站的作用有媽。為此沃爾沃提出電動路的概念，將城市道路鋪滿電纜。電纜是分段的，只有電動車發(fā)出特定的加密信號時，電動車下的那段電纜才會產(chǎn)生電流。
作為附加的安全措施，只有當(dāng)電動車速度高于60 km/h才會有電流產(chǎn)生。此外，西門子公司也在嘗試頂部懸空電纜。但是，沃爾沃認(rèn)為頂部懸空電纜成本高昂，并且不能被普通車輛使用（因為高度不夠），還有，視覺效果也不好。
有了充電站，接下來的要解決的問題就是充電時間過長。如果電動汽車充電也像燃油汽車加油那樣方便，那將不再成為電動汽車站普及的坎。
新型電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)：可20分鐘充滿電
日前來自國外汽車工程學(xué)會的研究人員發(fā)明了一種能夠在20分鐘內(nèi)將汽車電池充滿的新方法。
實際上，這種新方法其實并不新鮮，它主要是改變了傳統(tǒng)充電連接器的新標(biāo)準(zhǔn)，使得汽車的充電接口能夠接收直流電的快速充電。
據(jù)悉，新接口每次充電僅需20分鐘即可將一臺寶馬i3充滿 80%，大概可支持行駛80英里（約合129公里左右。相對于以前的充電方式來說，效率上已經(jīng)提高非常大。
目前，包括寶馬、通用、奧迪、克萊斯勒、戴姆勒、保時捷和大眾等汽車品牌已經(jīng)接受該新充電器已經(jīng)其新接口，預(yù)計未來還將有更多的汽車廠商加入。
新接口大大提高了充電效率，對于電動汽車普及意義極大。對于頻繁?？壳议L期運行的公共汽車而言，每次充電時間將更短，讓我們來看看ABB公司的瞬間充電技術(shù)。
十五秒瞬間充電技術(shù)讓電動公交車永不停轉(zhuǎn)
ABB公司研發(fā)的這項新技術(shù)，將被用于瑞士日內(nèi)瓦的大容量電動汽車上，作為無軌電車系統(tǒng)供給最優(yōu)化（TOSA）試點項目的一部分。該技術(shù)能夠讓電動公共汽車在上下客的時候就完成充電。
據(jù)ABB公司所說，這種公共汽車在指定的地點，能夠在15秒內(nèi)完成400千瓦的充電。這就使公共汽車在乘客上下車的時候就完成充電，而且在終點站充電3到4 分鐘就能將電池完全充滿。ABB公司的首席技術(shù)官Claes Rytoft說道：“通過快速充電技術(shù)，我們能夠?qū)π乱淮恍枰芸站€的電動公共汽車進(jìn)行試點。這個項目將為更靈活、更廉價的公共交通基礎(chǔ)設(shè)施鋪平道路，而且將減少城市污染和噪音。
快速充電器使用了一種激光控制的手臂，將充電器連接到汽車的插座上，它能夠與公交車站點結(jié)合到一起。這種系統(tǒng)能夠使電動公共汽車取代城市地區(qū)的有軌電車和地鐵系統(tǒng)，而且在這個過程中能夠擺脫難看的架空電力線路。這個系統(tǒng)被設(shè)計用于最優(yōu)化關(guān)鍵城市區(qū)域的高頻率公交車路線。由于為日內(nèi)瓦這個試點項目供應(yīng)的能量來自于水力發(fā)電，因此它被宣稱為一種“零碳排放”的解決方案。但是這種說法并不準(zhǔn)確，因為一些地區(qū)使用煤炭或者天然氣進(jìn)行發(fā)電。TOSA試點項目計劃使公共汽車在日內(nèi)瓦的機(jī)場和國際展覽中心之間運行。
電動汽車作為環(huán)保新能源汽車，替代傳統(tǒng)燃油汽車是大勢所趨。煤碳、石油、天然氣等不可再生能源的日益短缺，新能源汽車的普及也顯得更加迫切。但在逐步普及、逐步成為主流的過程中仍需要各種新技術(shù)的支持。我們希望在這些新技術(shù)的助推中，電動汽車能早日進(jìn)入普通百姓家，給人們的生活帶來各多便利的同時也更加環(huán)保節(jié)能。
