“锂空气电池”成为世界各地实验室努力破解的技术

IT经理世界 综合报道

如果你有幸造访美国加州像拉霍亚(La Jolla)这些超级富豪云集的地区,或者去到像芒廷维尤(Mountain View)这些高科技公司扎堆的地方,就有机会领略未来。

确切地说,领略汽车业未来。特斯拉、日产聆风和丰田普锐斯或类似的汽车,在路面上比比皆是。电动汽车和混合动力汽车与普通燃油汽车在车流中交相辉映;许多企业、购买中心和家庭也都安装了充电桩。

如果电动汽车厂商们果真如愿以偿,这就是我们在某个时段都会置身于其中的未来;汽车厂商们正不惜投入巨资,让这一幕成为现实。问题是,将小片地区的需求变成全国地区的需求有多容易?

在加州另一处,埃隆·马斯克(Elon Musk)创办的特斯拉汽车公司(Tesla Motors)最近提议计划,在尚未披露的美国西南地区新建一家巨型电池工厂(具体厂址成了热议话题)。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。”

的确,大众汽车公司最近暗示,它在研究锂空气电池。由于开发工作还没有最终完成,大众采用的具体的化学/材料组合还没有透露。这家公司的工程师们甚至不愿表示这项技术已在汽车中进行了测试,还是仍处在“实验台”阶段。

不过,虽然这项技术有望带来变革,但想要生产出工作起来持续、可靠、安全的锂空气电池,还面临一大堆技术挑战。到目前为止,试验证明电极很不稳定。

不过世界各地的实验室正在努力破解这个难题,试图克服种种缺点。但愿更重视这些“超锂离子”技术,会确保研发过程加快,并从长远来看,确保汽车跑得更快、跑得更远。

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