電動汽車面臨的最大威脅

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拉荷亞(La Jolla)和山景城(Mountain View)同屬於美國加州,一個是富豪聚集地,一個科技味十足,在這兩個地方,你都可以瞥見未來——汽車的未來。在這兩個地方,每一秒鐘都能看到特斯拉、日產Leaf、豐田普銳斯,或者與之類似的車型。這些電動或混動汽車自然地穿梭於車流之中,而很多企業、商場和家庭也都安裝了充電樁。

如果汽車廠商果真能讓電動汽車夢想成真,眼前的這番景象就將在未來的某一刻普及開來。事實上,這些廠商都在花費大筆資金實現這番願景。問題在於,如何將電動車的需求從這兩座城市擴大到整個美國?

在加州的另一個地方,伊隆·馬斯克(Elon Musk)的特斯拉汽車最近提出了一份計劃,凖備在美國西南部某個尚未披露的地點建設一座巨大的電池工廠(這是最近的熱門話題)。這個所謂的「超級工廠」(Gigafactory)預算50億美元,計劃到2020年為50萬輛汽車生產鋰電池——這比2013年的全球產量還高。

可是,等到工廠建成時,特斯拉的計劃是否會過時呢?有人認為很有可能。IHS Automotive高級規劃總監菲爾·戈特(Phil Gott)認為,特斯拉這個野心勃勃的計劃「很可能過於倉促」。目前正在開發的新技術可能提供更好的選擇,解決專家眼中的一大電動汽車發展障礙。

這些汽車面臨的一大問題在於,電池又大又重,因此每輛汽車上所能安裝的數量非常有限。例如特斯拉Model S的電池組大約2米長,1.2米寬,需要沿著汽車的地板安裝。這種頂尖車型單次充電的續航里程約為300英里(482公里),日產Leaf略高於80英里(128公里)。不僅如此,充電速度也比加油速度慢得多。

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Image caption 由於要定期充電,而且每次充電都耗時長久,以至於電動汽車的發展受到限制。(圖片來源Thinkstock)

那麼,如何才能生產出更好的電池呢?從本質上講,電池都包含正負電極、分離器和電解質。很多不同類型的材料都可以充當電極,不同的材料組合所能存儲的電量各不相同。然而,電池壽命和安全特性也會隨著材料的改變而發生變化,所以必須要做出一些妥協。鋰電池很受歡迎,但由於可能在飛機上引發火災,因此運輸時受到一定的限制。比鋰電池更易反應或更不穩定的電池都很危險。但找到合適的組合便可獲得巨大回報。

電池技術經過了長達數十年的發展。最初使用的是鉛酸電池,這種體積巨大的電池至今仍在汽車上廣泛使用。之後便是鎳鎘電池,這種充電電池開啟了便攜技術的新時代,催生了筆記本電腦、手機等各種設備,甚至還包括你童年記憶中的遙控汽車。然後就輪到了鎳氫電池,它的容量(也稱能量密度)擴大了一倍。現代化的電子設備和電動汽車都採用了鋰電池。

今後的電池技術將會採用更加複雜的名稱,例如鋰鈷鎳錳氧化物電池。這些材料的屬性非常複雜,而目前的工作不僅是要搞清楚這些材料為什麼能起效,還要搞清楚它們起效的方式——電子在材料中移動時遵循的基本物理原理。

「我們正在開發一些材料,可以將目前的能量密度翻番。」芝加哥阿貢國家實驗室材料科學家丹尼爾·亞伯拉罕(Daniel Abraham)說,「我們先想像出各種可行的材料,然後再嘗試在實驗室裏合成出來。」

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Image caption 特斯拉汽車這樣的公司已經進一步拉近了電動汽車與主流用戶之間的距離(圖片來源:AFP/Getty Images)

目前最受關注的就是鋰氧電池和鋰硫電池。如果能夠成功,鋰氧電池將比目前的鋰電池實現一個數量級的跨越。「這是當今的一大熱門領域。」亞伯拉罕說。

事實上,大眾汽車最近就透露,該公司正在研發鋰氧電池。由於開發工作正在進行過程中,所以他們並未披露具體使用的化學和材料成分。該公司的工程師甚至不肯透露這項技術是否已經在汽車上進行過測試,還是仍然沒有走出「實驗室」。

不過,儘管這項技術頗具革命潛力,但要生產出性能穩定、安全可靠、續航長久的鋰氧電池,仍然需要面臨很大的技術挑戰。目前為止,電極仍然不夠穩定。

但世界各地的實驗室都在研究這一問題,試圖克服種種弊端。隨著各大廠商越來越重視這些新穎的電池技術,他們的開發進度也有望進一步加快,並最終為我們生產出速度更快、跑得更遠的電動汽車。

請訪問 BBC Future 閱讀 英文原文。

(責編:友義)

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