更好的電池提供兩個(gè)大獎(jiǎng)項(xiàng)：首先是負(fù)擔(dān)得起的電動(dòng)汽車，它是我們未來(lái)“移動(dòng)社會(huì)”的支柱；其次是更靈活、分散的電力網(wǎng)，因?yàn)橄冗M(jìn)的固定式電池將以更低的價(jià)格保持我們家庭和工廠的電力供應(yīng)。
結(jié)束“里程”焦慮
最初提議的電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車是適度的，每次充電驅(qū)動(dòng)里程在40-100英里(高價(jià)的特斯拉公司的電動(dòng)汽車額定265英里除外)，而且只在理想的條件下。然而，不久之后的第二代就能達(dá)到200英里。韓國(guó)大公司樂(lè)金化學(xué)(LGChem)給雪佛萊Volt和福特Focus供應(yīng)電池組，據(jù)報(bào)道其更新的鋰離子設(shè)計(jì)將于2016年使這些汽車的驅(qū)動(dòng)里程達(dá)到200英里。特斯拉電動(dòng)汽車公司主席和主要股東伊隆·馬斯克(ElonMusk)說(shuō)，今年8月他的公司就在致力于新電池，要把公司汽車的驅(qū)動(dòng)里程提升到500英里。
與此同時(shí)，電池的成本在下降。研究公司法維翰(Navigant)指出，五年前筆記本電腦電池的價(jià)格約為每千瓦-時(shí)1000美元，現(xiàn)今“價(jià)格接近每千瓦-時(shí)250美元”。2012年7月麥肯錫咨詢公司(McKinsey·Company)報(bào)道說(shuō)，到2025年汽車用先進(jìn)鋰離子電池的價(jià)格將會(huì)從2011年的每千瓦-時(shí)500美元降到每千瓦-時(shí)160美元。法維翰公司說(shuō)，到2020年電池的交易額將從今天的120億美元上升到750億美元。
不久的將來(lái)，電池汽車將在成本上與汽油動(dòng)力汽車競(jìng)爭(zhēng)。馬斯克曾說(shuō)，電池動(dòng)力的“圣杯”是每公里-時(shí)100美元，他預(yù)料在“五到七年”內(nèi)實(shí)現(xiàn)。特斯拉公司正在與日本松下公司共同努力在內(nèi)華達(dá)州斯伯克斯建造50億美元的“電池工廠”，制造先進(jìn)電池，規(guī)模上有利可圖。預(yù)計(jì)每年生產(chǎn)50萬(wàn)臺(tái)電池組，使全世界鋰離子電池產(chǎn)量翻番。
強(qiáng)大的比亞迪秦
電池有三個(gè)基本部件：兩個(gè)電極，陽(yáng)極(帶負(fù)電荷)和陰極(帶正電荷)，以及中間的電解液(或俗稱電池液)。發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng)，閉合電池回路(也就是接通燈開(kāi)關(guān))，電子從陽(yáng)極流出，通過(guò)電解液流入陰極，流過(guò)燈泡做功。離子流的方向相反。最終結(jié)果是中性狀態(tài)，電池或者被廢棄，或者再充電。
現(xiàn)在大多數(shù)汽車電池可再充電，而且用某種形態(tài)的鋰作為一個(gè)電極，鈷或碳作為另一個(gè)電極，氧化鋁作為電解液。但研究人員渴望下一件“大事”是探索在電池技術(shù)上取得“從爬行到?jīng)_刺”的進(jìn)展。某些重大進(jìn)步展示出成功的希望，能源密度約為鋰離子的三到五倍，按照理論上鉑金標(biāo)準(zhǔn)，作為汽車的燃料甚至超過(guò)汽油。
最大膽的概念是鋰-空氣，擺脫傳統(tǒng)金屬作為陰極，用碳取而代之，徹底改造電池，抽取空氣中的氧原子代替電解液中的氧化物。麻省理工學(xué)院(MIT)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提出納米絲構(gòu)成的陰極。這是一種非常微小、用單個(gè)原子建成的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是由基因變異病毒制造的。這是個(gè)非常棘手的材料，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)證實(shí)比典型的鋰離子電池容量高二倍，而且再充電更快。
隨著電池化學(xué)的進(jìn)展，類似這樣的新材料將成為關(guān)鍵。石墨烯即超薄(只有原子寬度那么厚)的單層碳，最初由兩個(gè)俄羅斯科學(xué)家2003年在曼徹斯特大學(xué)制造(而且為此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))并開(kāi)發(fā)為電極物質(zhì)。它的堅(jiān)強(qiáng)、柔韌和傳導(dǎo)性令人驚訝，也能大規(guī)模便宜地制造，網(wǎng)上訂貨，每克5美元。在電池內(nèi)，它能急劇減少充電時(shí)間，增大儲(chǔ)能容量。出自西北大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、總部在美國(guó)密歇根州的XG科學(xué)和SciNode系統(tǒng)二者都在致力研究石墨烯電池。據(jù)SciNode說(shuō)，它的陽(yáng)極能提供比常規(guī)碳高三倍或更大的儲(chǔ)存容量。據(jù)中國(guó)新華社報(bào)道，特拉斯公司也可能有個(gè)石墨烯項(xiàng)目。
石墨烯是碳原子制成的原子比例的蜂窩晶格
另一有希望的變種是鋰-硫設(shè)計(jì)，用便宜的硫替代高價(jià)鈷，而且提供極高的能源密度。伯克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家曾提出一種設(shè)計(jì)，使鋰離子電池的能源密度加倍，潛在的成本低到每千瓦-時(shí)100美元。還需要做更多的研究，但這種方法非常誘人，據(jù)說(shuō)能挫敗汽油。
