如果你有幸造訪美國加州像拉霍亞(La Jolla)這些超級富豪云集的地區(qū),或者去到像芒廷維尤(Mountain View)這些高科技公司扎堆的地方,就有機(jī)會(huì)領(lǐng)略未來。
確切地說,領(lǐng)略汽車業(yè)未來。特斯拉、日產(chǎn)聆風(fēng)和豐田普銳斯或類似的汽車,在路面上比比皆是。電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車與普通燃油汽車在車流中交相輝映；許多企業(yè)、購買中心和家庭也都安裝了充電樁。
如果電動(dòng)汽車廠商們果真如愿以償,這就是我們在某個(gè)時(shí)段都會(huì)置身于其中的未來;汽車廠商們正不惜投入巨資,讓這一幕成為現(xiàn)實(shí)。問題是,將小片地區(qū)的需求變成全國地區(qū)的需求有多容易?
在加州另一處,埃隆·馬斯克(Elon Musk)創(chuàng)辦的特斯拉汽車公司(Tesla Motors)最近提議計(jì)劃,在尚未披露的美國西南地區(qū)新建一家巨型電池工廠(具體廠址成了熱議話題)。這個(gè)所謂的“千兆工廠”預(yù)計(jì)造價(jià)高達(dá)50億美元,定于2020年生產(chǎn)的鋰離子電池可滿足50萬輛汽車的需求——年產(chǎn)量超過2013年全球年產(chǎn)量。
可是一些人士認(rèn)為,等到這家工廠破土開張,特斯拉的計(jì)劃到時(shí)似乎就過時(shí)了。IHS Automotive是領(lǐng)先的全球汽車業(yè)務(wù)情報(bào)提供商,該公司的高級規(guī)劃主管菲爾·戈特認(rèn)為 , 特斯拉的宏偉計(jì)劃“恐怕考慮欠周”。原因是,正在研發(fā)的新技術(shù)有望提供更出色的替代技術(shù),解決專家們所說的電動(dòng)汽車面臨的最大阻礙因素之一。
電動(dòng)汽車面臨的這個(gè)問題就是,電池又大又重；因而,安裝上去的電池?cái)?shù)量很有限。比如說,特斯拉 Model S 的電池組平鋪在汽車地板上,大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中,電池組提供大約300 英里(482 公里)的行駛里程,之后就需要插入充電樁充電。日產(chǎn)聆風(fēng)充一次電可以跑 80 英里(128 公里)左右。除此之外,充電過程比起只需加油要慢得多。
那么,如何才能生產(chǎn)出性能更好的電池?從最基本層面來說,電池含有正負(fù)極、隔板和電解質(zhì)。許多不同類型的材料可以用作電解質(zhì),不同的材料組合讓電池可以貯存不同數(shù)量的能量。不過,要是材料發(fā)生變化,電池續(xù)航時(shí)間和安全特征也隨之變化,所以總是少不了折中辦法。鋰離子電池大行其道,但發(fā)生過鋰電池在飛機(jī)上短路起火的事件,因而攜帶受嚴(yán)格限制。任何活性更強(qiáng)或不穩(wěn)定的電池都有安全隱患。不過,如果設(shè)計(jì)出最佳的材料組合,有望獲得巨大回報(bào)。
在最近研究工作之前的數(shù)十年中,電池技術(shù)已得到了一系列改進(jìn)。
最先問世的是鉛酸電池,這種電池今天仍然廣泛應(yīng)用于汽車,它們個(gè)頭龐大。接著出現(xiàn)了鎳鎘(NiCad)電池,這種可充電電池由此開啟了便攜式技術(shù)唱主角的新時(shí)代:筆記本電腦和手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,還有我們小時(shí)候的遙控汽車。再后來出現(xiàn)了鎳氫(NiMH)電池,電池容量或能量密度大概翻了一番。現(xiàn)在,現(xiàn)代化的設(shè)備和電動(dòng)汽車普遍使用鋰離子(Li-ion)電池。
展望未來,準(zhǔn)備迎接名字越來越復(fù)雜的電池技術(shù),比如鋰鎳錳鈷氧(LiNiMnCo)電池。這種材料的特性很復(fù)雜;眼下,研究人員致力于不僅搞清楚為何這些材料能工作,還要搞清楚如何工作——電子在材料中移動(dòng)的基本物理原理。
丹尼爾·亞伯拉罕(Daniel Abraham)是美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家,他說:“我們阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室在研究一些材料,它們有望將電池當(dāng)前的能量密度提高一倍。我們先夢想或設(shè)想想要處理的材料,然后努力在實(shí)驗(yàn)室合成材料。”
目前,備受矚目的幾種電池包括:鋰空氣電池(更確切地說是鋰氧氣電池)和鋰硫電池。若能做到可以在各種條件下正常工作,鋰氧氣電池的性能有望比目前的鋰離子電池大幅提升,提高整整一個(gè)數(shù)量級。亞伯拉罕說:“ 這是當(dāng)前一個(gè)非常熱門的研究領(lǐng)域。”
的確,大眾汽車公司最近暗示,它在研究鋰空氣電池。由于開發(fā)工作還沒有最終完成,大眾采用的具體的化學(xué)/材料組合還沒有透露。這家公司的工程師們甚至不愿表示這項(xiàng)技術(shù)已在汽車中進(jìn)行了測試,還是仍處在“實(shí)驗(yàn)臺”階段。
不過,雖然這項(xiàng)技術(shù)有望帶來變革,但想要生產(chǎn)出工作起來持續(xù)、可靠、安全的鋰空氣電池,還面臨一大堆技術(shù)挑戰(zhàn)。到目前為止,試驗(yàn)證明電極很不穩(wěn)定。
不過世界各地的實(shí)驗(yàn)室正在努力破解這個(gè)難題,試圖克服種種缺點(diǎn)。但愿更重視這些“超鋰離子”技術(shù),會(huì)確保研發(fā)過程加快,并從長遠(yuǎn)來看,確保汽車跑得更快、跑得更遠(yuǎn)。
