美國獎勵新研究 電動車電池技術

      鋰電世界   特拉斯Model S車型可能是電動汽車世界的寵兒，但是現在汽車用60或85千瓦時的鋰電池發生了幾次火災，美國聯邦汽車安全管理部門開始對這款車型進行調查。

      這個電池組可以使特拉斯Model S車在4.4秒內達到每小時60英里的速度，這得益于鋰的質量優勢，這是一種可以迅速釋放大量能量的相對比較輕的物質。但是因為鋰非常活躍，需要用很重的物質保護鋰電池，以免它爆炸。這就使制造成本增加，也會使汽車的重量增加500磅左右，減少電動車充一次電所能行駛的歷程數。而且鋰電池可能會過熱而導致火災，所以研究者才會抓緊研究新的電動車電瓶技術。

      今年夏天，美國能源部高級能源研究計劃組（ARPA-E）拿出了3600萬美元，獎勵全國提出新的電動汽車電池設計方案的研究者。

      鎳氫電池：與電動汽車混合

     Michael Fetcenko是德國BASF公司的化學工程師，也在研究代替鋰電池的新電池，該公司擁有鎳氫電池技術的許可。鎳氫電池現在主要用于油電混合動力車，但是Fetcenko和他的團隊正在利用ARPA-E提供的資金來研究鎳氫電池是否也能用于純電池驅動電動車。

      其關鍵是要降低鎳氫電池的成本，和提高電池的能量密度。現在，一個鎳氫電池的能量密度是1千萬時。但是，為了成為鋰電池的可靠替代品，BASF公司必須找到一種方法，把能量密度提升到30到50千萬時。

      要做到這一點，其中一個方法是找到一些替代品來代替電池中最重要的材料：稀土元素。稀土元素包括元素周期表中的17種化學元素，提供了鎳氫電池產生能量所需要的一半的反應。但是，稀土儲存能量的能力有限，而且因為必須從中國進口，所以它們的成本和供應量都非常不穩定。

      所以，BASF公司正在開發能夠用在鎳氫電池中的合金。Fetcenko認為，他們可以改進鎳氫電池的化學性質，使新的電池更便宜、效率更高。但是對于純電動車電池來說，鋰仍然比鎳氫更有優勢，因為它更輕。

      鋅空氣電池：從助聽器到汽車

      Michael Burz希望下一代大型電動車電池是鋅空氣電池，他的公司EnZinc兩年前從美國海軍那個購買了這種電池技術。購買了鋅空氣電池技術后，Burz的團隊開始努力實現電動車的三項目標：高性能、安全性和低成本。他認為，可以通過改變電池的設計方式來實現這些目標。

      “過去100多年，人們一直使用同一種電池結構，”Burz說。這種結構包括三個要素：電池正極、電池負極和電解質。

      在鋰電池中，鋰離子通過有機電解質從正極到達負極。但是鋅空氣電池是用空氣作為負極。這意味著EnZinc公司可以在電池中放入更多的正極材料，從而實現更大的能量密度。鋅這種物質還有一個優點——它在電池中的副產品是氧化鋅，是遮光劑的主要成分。而且，美國是世界上第三大產鋅國，美國廠商可以制造安全、低成本、高能的電池。

      為什么我們現在還沒有使用鋅空氣電池呢？因為普通的鋅空氣電池是不能反復充電的。“這是塊硬骨頭，”

      而可攜帶的鋅空氣電池早就已經問世了，是用在助聽器里面。為了使這種電池可以反復充電，EnZinc公司正在開發一種新的鋅空氣電池，當氧元素釋放出來的時候，正極的鋅可以重新生成。工程師已經在實驗室里做到了這一點，ARPA-E的資助使他們有機會開發出產品的原型。

     精簡的同時保持安全

      并非每個人都想取代鋰電池。某些研究者正在把這個難題當做一個拼圖游戲來挑戰，專注于解決電池某個方面的問題。

      材料科學家Veith和他的同事則打算開發一種電解質材料，能夠同時起到電池安全系統的部分作用。

    “在意外事件中，它會發生相位變化，成為一個不可穿透的電池，”Veith說。他希望以此預防因碰撞引發的火災，Tesla最近發生的火災就是由于這個原因引起的。他的團隊現在面臨的挑戰是，如何使材料反應得足夠快。“如果需要五分鐘的時間才發生相位變化，那就沒有任何用處了，”他說。“我們希望它是瞬間發生的。”

      充電

     伊利諾伊技術研究所的Carlo Segre想解決這個困擾著電動汽車駕駛者的難題，使電池充電過程像在加油站給汽車加油一樣簡便。Segre的團隊正在設計一種電池，它包括兩個液體的電極，和由懸浮在液體中的納米粒子構成的電解質。因為電極是流動的，也許有一天就能用給汽車加油的方式來替換電池電極。

    “你要做的就是在充電站熄火停車，”Segre說。“幾分鐘以后你就可以把車開走，而不需要花很長時間來給電池充電。”

     這個項目也得到了ARPA-E的資助，還要花三到五年的時間才能知道是否會成功。Segre說，“這就是ARPA-E這個計劃的特點，他們并不是只投資于肯定會成功的項目。”