更好的電池提供兩個大獎項：首先是負(fù)擔(dān)得起的電動汽車，它是我們未來“移動社會”的支柱；其次是更靈活、分散的電力網(wǎng)，因為先進(jìn)的固定式電池將以更低的價格保持我們家庭和工廠的電力供應(yīng)。
結(jié)束“里程”焦慮
最初提議的電動和混合動力汽車是適度的，每次充電驅(qū)動里程在40-100英里(高價的特斯拉公司的電動汽車額定265英里除外)，而且只在理想的條件下。然而，不久之后的第二代就能達(dá)到200英里。韓國大公司樂金化學(xué)(LGChem)給雪佛萊Volt和福特Focus供應(yīng)電池組，據(jù)報道其更新的鋰離子設(shè)計將于2016年使這些汽車的驅(qū)動里程達(dá)到200英里。特斯拉電動汽車公司主席和主要股東伊隆·馬斯克(ElonMusk)說，今年8月他的公司就在致力于新電池，要把公司汽車的驅(qū)動里程提升到500英里。
與此同時，電池的成本在下降。研究公司法維翰(Navigant)指出，五年前筆記本電腦電池的價格約為每千瓦-時1000美元，現(xiàn)今“價格接近每千瓦-時250美元”。2012年7月麥肯錫咨詢公司(McKinsey·Company)報道說，到2025年汽車用先進(jìn)鋰離子電池的價格將會從2011年的每千瓦-時500美元降到每千瓦-時160美元。法維翰公司說，到2020年電池的交易額將從今天的120億美元上升到750億美元。
不久的將來，電池汽車將在成本上與汽油動力汽車競爭。馬斯克曾說，電池動力的“圣杯”是每公里-時100美元，他預(yù)料在“五到七年”內(nèi)實現(xiàn)。特斯拉公司正在與日本松下公司共同努力在內(nèi)華達(dá)州斯伯克斯建造50億美元的“電池工廠”，制造先進(jìn)電池，規(guī)模上有利可圖。預(yù)計每年生產(chǎn)50萬臺電池組，使全世界鋰離子電池產(chǎn)量翻番。
強(qiáng)大的比亞迪秦
電池有三個基本部件：兩個電極，陽極(帶負(fù)電荷)和陰極(帶正電荷)，以及中間的電解液(或俗稱電池液)。發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng)，閉合電池回路(也就是接通燈開關(guān))，電子從陽極流出，通過電解液流入陰極，流過燈泡做功。離子流的方向相反。最終結(jié)果是中性狀態(tài)，電池或者被廢棄，或者再充電。
現(xiàn)在大多數(shù)汽車電池可再充電，而且用某種形態(tài)的鋰作為一個電極，鈷或碳作為另一個電極，氧化鋁作為電解液。但研究人員渴望下一件“大事”是探索在電池技術(shù)上取得“從爬行到?jīng)_刺”的進(jìn)展。某些重大進(jìn)步展示出成功的希望，能源密度約為鋰離子的三到五倍，按照理論上鉑金標(biāo)準(zhǔn)，作為汽車的燃料甚至超過汽油。
最大膽的概念是鋰-空氣，擺脫傳統(tǒng)金屬作為陰極，用碳取而代之，徹底改造電池，抽取空氣中的氧原子代替電解液中的氧化物。麻省理工學(xué)院(MIT)的一個團(tuán)隊提出納米絲構(gòu)成的陰極。這是一種非常微小、用單個原子建成的結(jié)構(gòu)，實際上是由基因變異病毒制造的。這是個非常棘手的材料，實驗室設(shè)計證實比典型的鋰離子電池容量高二倍，而且再充電更快。
隨著電池化學(xué)的進(jìn)展，類似這樣的新材料將成為關(guān)鍵。石墨烯即超薄(只有原子寬度那么厚)的單層碳，最初由兩個俄羅斯科學(xué)家2003年在曼徹斯特大學(xué)制造(而且為此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎)并開發(fā)為電極物質(zhì)。它的堅強(qiáng)、柔韌和傳導(dǎo)性令人驚訝，也能大規(guī)模便宜地制造，網(wǎng)上訂貨，每克5美元。在電池內(nèi)，它能急劇減少充電時間，增大儲能容量。出自西北大學(xué)和阿貢國家實驗室、總部在美國密歇根州的XG科學(xué)和SciNode系統(tǒng)二者都在致力研究石墨烯電池。據(jù)SciNode說，它的陽極能提供比常規(guī)碳高三倍或更大的儲存容量。據(jù)中國新華社報道，特拉斯公司也可能有個石墨烯項目。
石墨烯是碳原子制成的原子比例的蜂窩晶格
另一有希望的變種是鋰-硫設(shè)計，用便宜的硫替代高價鈷，而且提供極高的能源密度。伯克萊國家實驗室的科學(xué)家曾提出一種設(shè)計，使鋰離子電池的能源密度加倍，潛在的成本低到每千瓦-時100美元。還需要做更多的研究，但這種方法非常誘人，據(jù)說能挫敗汽油。
