“鋰空氣電池”成為世界各地實驗室努力破解的技術

如果你有幸參觀了加利福尼亞州的拉霍亞等超級富裕地區，或者山景城等高科技公司，你將有機會欣賞未來。

確切地說，欣賞汽車行業的未來。特斯拉、日產聆風和豐田普銳斯或類似的汽車在路上隨處可見。電動汽車、混合動力汽車和普通燃油汽車在交通流量上相輔相成；許多企業、購物中心和家庭也安裝了充電樁。

如果電動汽車制造商真的得到了他們想要的，這就是我們在某個時候所處的未來；汽車制造商正在花費巨額資金來實現這一場景。問題是，將小面積的需求轉化為全國的需求有多容易？

在加利福尼亞州的另一個地方，埃隆·馬斯克創立的特斯拉汽車公司最近提出了一項計劃，在美國西南部未公開的地方建造一座巨型電池工廠（具體地點已成為熱門話題）。所謂的“千兆工廠”預計耗資高達50億美元，計劃于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。

然而，一些人認為，當工廠破土動工時，特斯拉的計劃將過時。全球領先的汽車商業智能提供商IHS Automotive的高級規劃總監Phil Gott認為，特斯拉的宏偉計劃“恐怕沒有經過深思熟慮”。原因是，正在開發的新技術有望提供更好的替代技術，并解決專家所說的電動汽車面臨的最大障礙之一。

電動汽車面臨的問題是電池又大又重；因此，安裝的電池數量非常有限。例如，特斯拉Model S的電池組平放在汽車地板上，長約2米，寬約1.2米。在頂級車型中，電池組提供約300英里（482公里）的行駛里程，然后需要插入充電樁進行充電。日產聆風一次充電可以行駛約80英里（128公里）。此外，充電過程比僅僅加油要慢得多。

那么，我們如何生產性能更好的電池呢？在最基本的層面上，電池包含正極和負極、隔膜和電解質。許多不同類型的材料可以用作電解質，不同的材料組合允許電池存儲不同量的能量。然而，如果材料發生變化，電池壽命和安全功能也會發生變化，因此總是有折衷方案。鋰離子電池非常受歡迎，但也發生過鋰電池在飛機上短路起火的事件，因此攜帶鋰離子電池受到嚴格限制。任何更活躍或不穩定的電池都有潛在的安全隱患。然而，如果設計出最佳的材料組合，預計將獲得巨大的回報。

在最近的研究工作之前的幾十年里，電池技術得到了改進。

鉛酸電池是最早開發出來的，至今仍被廣泛用于汽車。它們是巨大的。然后是鎳鎘電池，它開啟了一個便攜式技術發揮主導作用的新時代：目前，研究人員不僅致力于弄清楚這些材料為什么工作，還致力于弄明白它們是如何工作的——電子在材料中運動的基本物理原理。

氬氣國家實驗室的材料科學家Daniel Abraham說：“我們正在氬氣國家實驗室研究一些材料，預計這些材料將使電池的當前能量密度翻一番。我們首先夢想或想象我們想要處理的材料，然后試著在實驗室合成材料。”

目前，備受關注的幾種電池包括：鋰空氣電池（更準確地說是鋰氧電池）和鋰硫電池。如果能在各種條件下正常工作，鋰氧電池的性能有望比目前的鋰離子電池大幅提高整整一個數量級。亞伯拉罕說：“這是目前一個非常熱門的研究領域。”

事實上，大眾汽車最近暗示正在研究鋰空氣電池。由于開發工作尚未最終確定，大眾汽車采用的具體化學/材料組合尚未披露。這家公司的工程師甚至不愿意說這項技術已經在汽車上進行了測試，或者它仍處于“測試臺”階段。

然而，盡管這項技術有望帶來變革，但要生產連續、可靠、安全工作的鋰空氣電池，仍然存在許多技術挑戰。到目前為止，實驗已經證明電極是非常不穩定的。

然而，世界各地的實驗室都在努力解決這個問題，并試圖克服各種缺點。我希望更多地關注這些“超級鋰離子”技術，將確保研發進程加快，從長遠來看，汽車將跑得更快、更遠。如果你有幸參觀了加利福尼亞州的拉霍亞等超級富裕地區，或者山景城等高科技公司，你將有機會欣賞未來。

確切地說，欣賞汽車行業的未來。特斯拉、日產聆風和豐田普銳斯或類似的汽車在路上隨處可見。電動汽車、混合動力汽車和普通燃油汽車在交通流量上相輔相成；許多企業、購物中心和家庭也安裝了充電樁。

如果電動汽車制造商真的得到了他們想要的，這就是我們在某個時候所處的未來；汽車制造商正在花費巨額資金來實現這一場景。問題是，將小面積的需求轉化為全國的需求有多容易？

在加利福尼亞州的另一個地方，埃隆·馬斯克創立的特斯拉汽車公司最近提出了一項計劃，在美國西南部未公開的地方建造一座巨型電池工廠（具體地點已成為熱門話題）。所謂的“千兆工廠”預計耗資高達50億美元，計劃于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。

然而，一些人認為，當工廠破土動工時，特斯拉的計劃將過時。全球領先的汽車商業智能提供商IHS Automotive的高級規劃總監Phil Gott認為，特斯拉的宏偉計劃“恐怕沒有經過深思熟慮”。原因是，正在開發的新技術有望提供更好的替代技術，并解決專家所說的電動汽車面臨的最大障礙之一。

電動汽車面臨的問題是電池又大又重；

因此，安裝的電池數量非常有限。例如，特斯拉Model S的電池組平放在汽車地板上，長約2米，寬約1.2米。在頂級車型中，電池組提供約300英里（482公里）的行駛里程，然后需要插入充電樁進行充電。日產聆風一次充電可以行駛約80英里（128公里）。此外，充電過程比僅僅加油要慢得多。

那么，我們如何生產性能更好的電池呢？在最基本的層面上，電池包含正極和負極、隔膜和電解質。許多不同類型的材料可以用作電解質，不同的材料組合允許電池存儲不同量的能量。然而，如果材料發生變化，電池壽命和安全功能也會發生變化，因此總是有折衷方案。鋰離子電池非常受歡迎，但也發生過鋰電池在飛機上短路起火的事件，因此攜帶鋰離子電池受到嚴格限制。任何更活躍或不穩定的電池都有潛在的安全隱患。然而，如果設計出最佳的材料組合，預計將獲得巨大的回報。

在最近的研究工作之前的幾十年里，電池技術得到了改進。

鉛酸電池是最早開發出來的，至今仍被廣泛用于汽車。它們是巨大的。然后是鎳鎘電池，它開啟了一個便攜式技術發揮主導作用的新時代：

標簽：特斯拉大眾日產豐田Model S

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