在此前的《析技》系列文章中，我們聊過很多有關新能源未來技術發(fā)展的方向，今天我們繼續(xù)接著聊這個話題。

很多人一直以為純電動汽車是最近幾年才開始流行起來的，假如不是因為各國政府補貼和激勵措施，很多汽車制造商不會花這么多精力在純電動汽車領域。但其實，純電動汽車出現(xiàn)的時間要比我們想象的更早。

資料顯示，在1900年的時候，美國道路上就有38%的車輛是純電動的，40%是蒸汽驅動的，只有22%是燃油驅動的。而純電動汽車之所以在此后的100年中逐漸沒落，被燃油車所超越，原因在于電池技術的發(fā)展比較遲緩，這也制約了純電動汽車汽車的發(fā)展。

100多年的發(fā)展極大地提升了電池技術，最早的電動汽車上那些有害健康的電池，如今已發(fā)展成為最先進的鋰離子電池和鎳氫電池。然而，即使如今的純電動汽車的續(xù)航里程突破了600km，但電動汽車依然存在很多問題。這也使得即使在今天，純電動汽車似乎還不能作為燃油車的替代品。

不過，只要新能源汽車發(fā)展趨勢不變，在人們關于綠色、環(huán)保、安全的出行環(huán)境越來越高的迫切需求下，很多公司和科研機構在研發(fā)全新的電池解決方法。這些正在研發(fā)中的最前沿的電池技術，或許會在將來成為純電動汽車發(fā)展的全新方向。

如今純電動汽車電池遇到的問題

一個明顯的事實，如今電池重要問題在于成本、能量密度、充電效率，以及我們可能沒有足夠的原材料在支撐純電動汽車的發(fā)展。這也使得，全世界都在熱切地等待著下一個重大的科學突破，它將在一夜之間給我們帶來一種重量輕、生產(chǎn)成本低、易于回收（或處理），同時供應高能量密度和壽命的電池。

以如今純電動汽車所采用的電池為例，我們來看看其能量密度與汽油的能量密度到底差多少。

能量密度的含義是在給定的系統(tǒng)、物質或單位體積的空間區(qū)域中存儲的能量。如今汽油的能量密度約為47.5MJ/kg和34.6MJ/L，一輛充滿燃料的汽車里的汽油所含的能量相當于一千根炸藥。而鋰離子電池組的容量約為0.3MJ/kg，因此，汽油的能量密度大約是鋰離子電池的100倍。

這種能量密度上的差異，部分被高效的電動機所緩解，電動機將儲存在電池里的能量轉化為汽車的動力：它的效率通常為60%-80%。內(nèi)燃機將儲存在汽油中的能量轉化為汽車動力的效率通常為15%(EpA2012)。然而，即使如此，電池仍然不能儲存足夠的能量來替代汽油。

為了緩解這個問題，科學家們研究了許多不同的電池解決方法，而其中有四種電池技術最有可能成為純電動汽車未來的發(fā)展方向。

固態(tài)鋰離子電池

如今的鋰離子電池采用的是液態(tài)電解質，而固態(tài)鋰離子電池則是用固態(tài)物質作為電解質。與液態(tài)電解質相比，固態(tài)電解質的優(yōu)點是電池體積更小、阻燃性更高、理論能量密度限值更高、充電速度更快。

從固態(tài)鋰離子電池的優(yōu)點來看，正好可以解決前文提到的如今電池技術所遇到的發(fā)展瓶頸。比如由于去除了液體和危險的電解質溶液，固態(tài)鋰離子電池可以有更緊密的封裝，使電池的安全性能高；同時固態(tài)鋰離子電池還能供應更大的能量密度，有人認為固態(tài)鋰離子電池的能量密度可能是液態(tài)鋰離子電池的兩倍。

然而，固態(tài)鋰離子電池雖然具有很多優(yōu)點，但是它們的制造成本不便宜，至少現(xiàn)在是不便宜的。不過，最難的過程是從無到有，只要有了固態(tài)鋰離子電池，那么制造成本問題遲早能夠解決。

在所有正在研發(fā)固態(tài)鋰離子電池的車企中，大眾和福特或許是研究進度最快的車企，但距離固態(tài)鋰離子電池真正與我們見面，或許還要等5-6年時間。

液流電池

來自哈佛大學工程與應用科學學院的JohnA.paulson和斯坦福大學的研究人員，如今在開發(fā)一種新型的液流電池。這種電池的內(nèi)部采用一種少孔、無毒、不易燃的電解質來替代如今的鋰離子電解質，而能量可以存儲在水分子中。

這種電池不要任何昂貴的材料，可以用很低的成本制造出來。很顯然，研究人員通過改變電解質溶液的分子結構，找到了一種保持電解質溶液中正電荷和負電荷分離的方法。假如這種方法有效，這種電池的價格可以低至650元/千瓦時，接近如今電池價格的一半。

而通過混合鈉和鉀，研究人員成功地在室溫下形成了一種新的液態(tài)金屬。他們計算出，“這種液態(tài)金屬每克的可用能量至少是如今電池的10倍。”

如今這種電池所面對的困局在于暫時還沒有找到一種材料，能夠穩(wěn)定地將電池的正負極隔離開來，但是又能夠允許電子轉移。假如解決了這個問題，那么這種液流電池不僅生產(chǎn)成本更低，更安全，而且能量密度也要更高（約為如今電池能量密度的10倍）。

鋰氧電池

第三種電池解決方法是鋰氧電池。與其它正在研發(fā)的電池解決方法相比，鋰氧電池是通過電解液中的氧氣和鋰離子之間的化學反應來出現(xiàn)能量。這個過程會出現(xiàn)過氧化鋰和大量的能量。

但這個化學轉化過程最多只能供應80%的能源潛力，其余的幾乎都被浪費了。此外，這種反應將會持續(xù)消耗電池的電解質，同時陰極也會被反應生成物所覆蓋，這意味著鋰氧電池在每次充電時都會進一步損壞。

不過加拿大的研究人員通過用有機電解質代替無機熔鹽，以及用碳基陰極代替金屬陰極找到了解決方法。這也使得全新的鋰氧電池能夠比如今的電池多儲存50%的能量，而且電池內(nèi)部的化學反應不會出現(xiàn)任何浪費。

但是，這種電池如今遇到的最大難題是只能在150℃以下工作，所以反應溫度是如今鋰氧電池必須要解決的問題。

鈉離子電池

我認為鈉離子電池是未來最有前途的電池技術之一。首先，鈉元素在地球上的含量非常豐富，海水中就擁有用不完的鈉元素；其次，相比鋰元素，鈉元素的提取和制備要方便、便宜得多。

用鈉代替鋰可能是最好的方法，因為鈉不僅更容易用于制造電池，而且由于其晶體的獨特特性，可以供應更快的充電效率。

目前，日本的研究人員和科學家正在努力尋找能夠支持鈉離子電池制造的可行材料。由于在分子水平上的差異，鈉離子電池的離子尺寸遠遠大于鋰離子電池。假如日本人找到了解決方法，這可能標志著人們對汽車電池的看法發(fā)生了相當大的變化，因為這種被稱為Na2V3O7的物質可以解決充電效率低的問題。

“我們的目標是解決大規(guī)模電池在應用中面對的最大障礙，比如嚴重依賴長充電時間的電動汽車。我們通過一項研究來解決這個問題，這項研究將出現(xiàn)足夠有效的材料來提高電池的充電效率?！?/p>

隨著鋰離子電池的發(fā)展進入瓶頸期，越來越多的車企、科研機構正在試圖研發(fā)其它電池解決方法，來替代鋰離子電池，解決鋰離子電池存在的問題。在未來幾年中，隨著全新的電池技術的出現(xiàn)，純電動汽車或許將進一步取代燃油車的地位。