中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：特拉斯Model S車型可能是電動(dòng)汽車世界的寵兒，但是現(xiàn)在汽車用60或85千瓦時(shí)的鋰電池發(fā)生了幾次火災(zāi)，美國(guó)聯(lián)邦汽車安全管理部門開始對(duì)這款車型進(jìn)行調(diào)查。
這個(gè)電池組可以使特拉斯Model S車在4.4秒內(nèi)達(dá)到每小時(shí)60英里的速度，這得益于鋰的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，這是一種可以迅速釋放大量能量的相對(duì)比較輕的物質(zhì)。但是因?yàn)殇嚪浅；钴S，需要用很重的物質(zhì)保護(hù)鋰電池，以免它爆炸。這就使制造成本增加，也會(huì)使汽車的重量增加500磅左右，減少電動(dòng)車充一次電所能行駛的歷程數(shù)。而且鋰電池可能會(huì)過(guò)熱而導(dǎo)致火災(zāi)，所以研究者才會(huì)抓緊研究新的電動(dòng)車電瓶技術(shù)。
今年夏天，美國(guó)能源部高級(jí)能源研究計(jì)劃組（ARPA-E）拿出了3600萬(wàn)美元，獎(jiǎng)勵(lì)全國(guó)提出新的電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)方案的研究者。
鎳氫電池：與電動(dòng)汽車混合
Michael Fetcenko是德國(guó)BASF公司的化學(xué)工程師，也在研究代替鋰電池的新電池，該公司擁有鎳氫電池技術(shù)的許可。鎳氫電池現(xiàn)在主要用于油電混合動(dòng)力車，但是Fetcenko和他的團(tuán)隊(duì)正在利用ARPA-E提供的資金來(lái)研究鎳氫電池是否也能用于純電動(dòng)車。
其中的關(guān)鍵是要降低鎳氫電池的成本，和提高電池的能量密度?，F(xiàn)在，一個(gè)鎳氫電池的能量密度是1千萬(wàn)時(shí)。但是，為了成為鋰電池的可靠替代品，BASF公司必須找到一種方法，把能量密度提升到30到50千萬(wàn)時(shí)。
要做到這一點(diǎn)，其中一個(gè)方法是找到一些替代品來(lái)代替電池中最重要的材料：稀土元素。稀土元素包括元素周期表中的17種化學(xué)元素，提供了鎳氫電池產(chǎn)生能量所需要的一半的反應(yīng)。但是，稀土儲(chǔ)存能量的能力有限，而且因?yàn)楸仨殢闹袊?guó)進(jìn)口，所以它們的成本和供應(yīng)量都非常不穩(wěn)定。
所以，BASF公司正在開發(fā)能夠用在鎳氫電池中的合金。Fetcenko認(rèn)為，他們可以改進(jìn)鎳氫電池的化學(xué)性質(zhì)，使新的電池更便宜、效率更高。但是對(duì)于純電動(dòng)車電池來(lái)說(shuō)，鋰仍然比鎳氫更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗p。
鋅空氣電池：從助聽器到汽車
Michael Burz希望下一代大型電動(dòng)車電池是鋅空氣電池，他的公司EnZinc兩年前從美國(guó)海軍那個(gè)購(gòu)買了這種技術(shù)。購(gòu)買了鋅空氣電池技術(shù)后，Burz的團(tuán)隊(duì)開始努力實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的三項(xiàng)目標(biāo)：高性能、安全性和低成本。他認(rèn)為，可以通過(guò)改變電池的設(shè)計(jì)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。
“過(guò)去100多年，人們一直使用同一種電池結(jié)構(gòu)，”Burz說(shuō)。這種結(jié)構(gòu)包括三個(gè)要素：正極、負(fù)極和電解質(zhì)。
在鋰電池中，鋰離子通過(guò)有機(jī)電解質(zhì)從正極到達(dá)負(fù)極。但是鋅空氣電池是用空氣作為負(fù)極。這意味著EnZinc公司可以在電池中放入更多的正極材料，從而實(shí)現(xiàn)更大的能量密度。鋅這種物質(zhì)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)——它在電池中的副產(chǎn)品是氧化鋅，是遮光劑的主要成分。而且，美國(guó)是世界上第三大產(chǎn)鋅國(guó)，美國(guó)廠商可以制造安全、低成本、高能的電池。
所以，為什么我們現(xiàn)在還沒(méi)有使用鋅空氣電池呢？因?yàn)槠胀ǖ匿\空氣電池是不能反復(fù)充電的?！斑@是塊硬骨頭，”Burz說(shuō)?？蓴y帶的鋅空氣電池早就已經(jīng)問(wèn)世了，是用在助聽器里面。為了使這種電池可以反復(fù)充電，EnZinc公司正在開發(fā)一種新的鋅空氣電池，當(dāng)氧元素釋放出來(lái)的時(shí)候，正極的鋅可以重新生成。工程師已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里做到了這一點(diǎn)，ARPA-E的資助使他們有機(jī)會(huì)開發(fā)出產(chǎn)品的原型。
精簡(jiǎn)的同時(shí)保持安全
并非每個(gè)人都想取代鋰電池。某些研究者正在把這個(gè)難題當(dāng)做一個(gè)拼圖游戲來(lái)挑戰(zhàn)，專注于解決電池某個(gè)方面的問(wèn)題。例如，Oak Ridge國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Gabriel Veith和他的同事試圖減輕電池周圍保護(hù)系統(tǒng)的重量。
材料科學(xué)家Veith和他的同事則打算開發(fā)一種電解質(zhì)材料，能夠同時(shí)起到電池安全系統(tǒng)的部分作用。
“在意外事件中，它會(huì)發(fā)生相位變化，成為一個(gè)不可穿透的電池，”Veith說(shuō)。他希望以此預(yù)防因碰撞引發(fā)的火災(zāi)，Tesla最近發(fā)生的火災(zāi)就是由于這個(gè)原因引起的。他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是，如何使材料反應(yīng)得足夠快?！叭绻枰宸昼姷臅r(shí)間才發(fā)生相位變化，那就沒(méi)有任何用處了，”他說(shuō)?！拔覀兿Ｍ撬查g發(fā)生的?！?
充電
伊利諾伊技術(shù)研究所的Carlo Segre想解決這個(gè)困擾著電動(dòng)汽車駕駛者的難題，使充電過(guò)程像在加油站給汽車加油一樣簡(jiǎn)便。Segre的團(tuán)隊(duì)正在設(shè)計(jì)一種電池，它包括兩個(gè)液體的電極，和由懸浮在液體中的納米粒子構(gòu)成的電解質(zhì)。因?yàn)殡姌O是流動(dòng)的，也許有一天就能用給汽車加油的方式來(lái)替換電極。
“你要做的就是在充電站熄火停車，”Segre說(shuō)?！皫追昼娨院竽憔涂梢园衍囬_走，而不需要花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)給電池充電。”
這個(gè)項(xiàng)目也得到了ARPA-E的資助，還要花三到五年的時(shí)間才能知道是否會(huì)成功。Segre說(shuō)，“這就是ARPA-E這個(gè)計(jì)劃的特點(diǎn)，他們并不是只投資于肯定會(huì)成功的項(xiàng)目?！?
