解决困境的出路在哪？日本科学家最新研究给你答案

这个所谓的“千兆工厂”预计造价高达50亿美元,定于2020年生产的锂离子电池可满足50万辆汽车的需求——年产量超过2013年全球年产量。

　　可是一些人士认为,等到这家工厂破土开张,特斯拉的计划到时似乎就过时了。IHS Automotive是领先的全球汽车业务情报提供商,该公司的高级规划主管菲尔·戈特认为 , 特斯拉的宏伟计划“恐怕考虑欠周”。原因是,正在研发的新技术有望提供更出色的替代技术,解决专家们所说的电动汽车面临的最大阻碍因素之一。

　　电动汽车面临的这个问题就是,电池又大又重；因而,安装上去的电池数量很有限。比如说,特斯拉 Model S 的电池组平铺在汽车地板上,大概长2米、宽1.2米。在顶级配置车型中,电池组提供大约300 英里(482 公里)的行驶里程,之后就需要插入充电桩充电。日产聆风充一次电可以跑 80 英里(128 公里)左右。除此之外,充电过程比起只需加油要慢得多。

　　那么,如何才能生产出性能更好的电池?从最基本层面来说,电池含有正负极、隔板和电解质。许多不同类型的材料可以用作电解质,不同的材料组合让电池可以贮存不同数量的能量。不过,要是材料发生变化,电池续航时间和安全特征也随之变化,所以总是少不了折中办法。锂离子电池大行其道,但发生过锂电池在飞机上短路起火的事件,因而携带受严格限制。任何活性更强或不稳定的电池都有安全隐患。不过,如果设计出最佳的材料组合,有望获得巨大回报。

　　在最近研究工作之前的数十年中,电池技术已得到了一系列改进。

　　最先问世的是铅酸电池,这种电池今天仍然广泛应用于汽车,它们个头庞大。接着出现了镍镉(NiCad)电池,这种可充电电池由此开启了便携式技术唱主角的新时代:笔记本电脑和手机等移动设备,还有我们小时候的遥控汽车。再后来出现了镍氢(NiMH)电池,电池容量或能量密度大概翻了一番。现在,现代化的设备和电动汽车普遍使用锂离子(Li-ion)电池。

　　展望未来,准备迎接名字越来越复杂的电池技术,比如锂镍锰钴氧(LiNiMnCo)电池。这种材料的特性很复杂;眼下,研究人员致力于不仅搞清楚为何这些材料能工作,还要搞清楚如何工作——电子在材料中移动的基本物理原理。

　　丹尼尔·亚伯拉罕(Daniel Abraham)是美国阿尔贡国家实验室的材料科学家,他说:“我们阿尔贡国家实验室在研究一些材料,它们有望将电池当前的能量密度提高一倍。我们先梦想或设想想要处理的材料,然后努力在实验室合成材料。”

　　目前,备受瞩目的几种电池包括:锂空气电池(更确切地说是锂氧气电池)和锂硫电池。若能做到可以在各种条件下正常工作,锂氧气电池的性能有望比目前的锂离子电池大幅提升,提高整整一个数量级。亚伯拉罕说:“ 这是当前一个非常热门的研究领域。”