創(chuàng)造一種足以強大到一次充電就可讓電動汽車跑上300英里（約合483公里）的電池會帶來極高的經(jīng)濟利益。當前誰在沖刺？日本、韓國、中國還是美國？

美國媒體近日稱，世界上并沒有太多的發(fā)明可以帶來非常大的益處，同時幫助制造者在這一過程中暴富。但是美國某知名網(wǎng)站記者表示，一種超級電池將改進鋰離子電池，從而讓電動汽車成為主流，而它就屬于上述這種發(fā)明。將其引入市場的人可能會獲得高達3000億美元的收益，而我們將乘坐全電動的車輛行駛在公路上，逐步呼吸到污染減輕的空氣。

在《發(fā)電站》一書中，萊文追蹤了兩條敘事線：阿爾貢國家實驗室（萊文稱該機構的科學家是世界上的“電池天才”）的電池項目和像恩威系統(tǒng)公司（首家獲準使用阿爾貢材料的公司）這樣的硅谷初創(chuàng)企業(yè)。這兩個機構的研究人員在競相打造一種足以確保合同和數(shù)十億美元的首次公開募股的產(chǎn)品。

自索尼公司1991年推出商業(yè)化的鋰離子電池，豐田公司在1996年推出節(jié)能環(huán)保汽車普銳斯以來，電池創(chuàng)新一直乏善可陳。美國總統(tǒng)奧巴馬和中國一位高官都曾公開承諾，2015年將讓100萬輛電動汽車上路。盡管中國2014年的電動汽車銷量猛增，但是這兩個國家今年都無法完成這一目標，不過從長遠來看，雙方仍然會致力于實現(xiàn)這個目標。

萊文指出，重要的是要記住，無論是電動汽車還是超級電池都不是既成事實。他說：“不要因為我們想要它們，而且獲益如此之大，就意味著它們將會成為現(xiàn)實。”要想收獲紅利，這場競爭中的所有利益攸關者都需要重新思考他們的假設。對于阿爾貢的電池項目主管杰夫·張伯倫和他的同事們來說，這意味著承認他們需要一個新的路線圖，以便從“原子層面理解（電池的）科學”，并且從那里著手。

萊文認為，對于商業(yè)界和政府人士來說，重新思考這些事情意味著，整理出一種參與的格式，“拋棄我們對違反自由市場理念的敏感性，提出一個涉及行業(yè)和發(fā)明家的知識共享模式”。有行業(yè)預測說，從現(xiàn)在起的25年里，電動汽車、燃料電池汽車、天然氣汽車和混合動力汽車僅會占市場5%的份額。萊文認為這種預測十分“魯莽”。他說，頁巖油和天然氣就是兩個改變游戲規(guī)則的例子，而當初沒有人預測得到。

【延伸閱讀】“超級電池”汽車離我們有多遠

如果一輛電動汽車只需花8分鐘充一次電就能行駛上千公里，人們還需要排放尾氣污染的傳統(tǒng)汽車嗎？目前電動汽車離這個目標還差得很遠，但如果一種被稱為“超級電池”的石墨烯聚合材料電池實現(xiàn)量產(chǎn)，這個目標或許可以達到。

市面上在售的電動汽車中，即使性能最強悍的特斯拉ModelS，其高配版能實現(xiàn)的最大續(xù)航里程也只有502公里，約是傳統(tǒng)汽車的一半。而國內一些相對便宜的小型電動汽車，多數(shù)續(xù)航里程還只停留在300公里以下的水平。再加上充電時間過長，很難不讓車主患上“里程焦慮癥”。

這些電動汽車多數(shù)以鋰電池為動力，主要是鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池三種。鈷酸鋰電池能量密度最高，但高溫下最不穩(wěn)定，其他兩種能量密度不高。這些缺陷嚴重影響了電動汽車的續(xù)航和充電性能。因此業(yè)界一直期盼“超級電池”的出現(xiàn)來改變這種窘迫的現(xiàn)狀。

石墨烯或許能提供一個可行的答案。2004年才誕生的石墨烯是目前已知材料中最薄的一種，僅有一個碳原子厚，并且具有優(yōu)異的性能。作為電導體，它和銅具有同樣出色的導電性，作為熱導體，它比目前任何其他材料的導熱效果都好。

如果使用這種材料制作電池，理論上電池重量能比傳統(tǒng)鋰離子電池減半，厚度也會大幅縮小，儲電量高出數(shù)倍，并且按照美國倫斯勒理工學院研究人員估算，石墨烯陽極材料比鋰離子電池中常用的石墨陽極充放電速度要快10倍。

西班牙這方面的技術發(fā)展目前處于比較領先的地位，當?shù)匾延卸嗉覄?chuàng)業(yè)公司致力于相關研發(fā)。不久前媒體關注的一則消息稱，西班牙一家企業(yè)與當?shù)卮髮W合作開發(fā)出新型石墨烯電池，如用于電動汽車，只需8分鐘就能完成一次充電，續(xù)航里程可達1000公里。

石墨烯聚合材料電池這么好，是否意味著燒油的汽車就要被“超級電池”汽車淘汰？這倒是未必。

電動汽車要想真正取代傳統(tǒng)汽車，除充電基礎設施建設，電池的生產(chǎn)成本也需要大幅降低。石墨烯已被各大工業(yè)國列為重要材料進行深度開發(fā)，但相關生產(chǎn)技術直到2010年才相對成熟，至今還處在比較初級的應用階段。尤其是能讓電池體積和重量大幅縮小的單層石墨烯材料，其成品率很低，生產(chǎn)成本則偏高。

此外，像特斯拉這樣的電動汽車領導廠商已投巨資建設鋰電池工廠，因此短期內很難再投資開發(fā)一種全新電池。或許更現(xiàn)實的做法是利用石墨烯的特性提升現(xiàn)有鋰電池性能。有市場傳聞說，特斯拉準備推出的轎跑很可能使用石墨烯技術來強化鋰電池的性能。

另一方面，目前全球在電池領域的研發(fā)不僅限于石墨烯，比如日本就在研發(fā)利用鎂生產(chǎn)性能更高、成本更低的蓄電池；瑞典有機構正研究利用碳纖維來提高鋰電池的性能。但這些新技術還需要多年才可能真正實用化。

電動汽車確實為人們出行提供了更多選擇，但總體上，電動汽車還遠未到取代傳統(tǒng)汽車的地步。電動汽車的購置成本相對傳統(tǒng)汽車沒有任何優(yōu)勢，唯一的競爭力就是充電成本比加油低，但如果油價一直維持在低位，加上充電站覆蓋的區(qū)域與加油站相比實在少得可憐，就難以打動大部分消費者。所以，迄今傳統(tǒng)汽車的銷量并未受太大影響。

對電動汽車行業(yè)來說，除電池的技術革新，還要盡快統(tǒng)一充電標準，并推動充電樁的大規(guī)模建設，只有這樣才能打消用慣傳統(tǒng)汽車的消費者對電動汽車揮之不去的疑慮。

【延伸閱讀】電池產(chǎn)業(yè)將達860億美元“超級電池”不再遙遠

西媒稱，移動技術專家正致力于研發(fā)更耐用，充電時間更短的超級電池。

西班牙《趣味》月刊2014年11月號的文章說，能量，無所不在：車載衛(wèi)星定位儀、智能手機……一切改變了人際關系的移動設備都取決于電池是否更加耐用，以及是否能更有效地分配能量。要想做到這一點其實很難。事實上電池恰恰是這些高科技產(chǎn)品的致命弱點。近年來電池的續(xù)航能力已經(jīng)大大提高，但依然滿足不了各種便攜式設備的需求。聯(lián)想P780智能手機一次充電可保證持續(xù)使用43小時，一次通話所用的電量少于上網(wǎng)瀏覽或看一部電影所用的電量，但這樣的電池性能依然不夠完美。

美國阿爾貢國家實驗室的一項研究顯示，現(xiàn)在的一塊鋰電池所提供的電量已經(jīng)是1991年時的一塊鋰電池的1倍。但問題在于這樣一塊鋰電池的功率很大程度上卻取決于它的大小。從根本上說，以當前技術而言，更強的電池性能通常意味著更厚、更沉，甚至外形也和普通的不一樣。盡管如此，很多研究人員仍然堅信我們正在接近極限。

是不是注定了我們必須在美觀與續(xù)航能力之間作選擇？我們是不是必須無時不刻都帶著充電器？一些移動設備專家認為，不出幾年移動設備的電池設計方面就會出現(xiàn)質的飛躍，石墨烯的采用或鋰空氣電池的研發(fā)將讓現(xiàn)在的移動設備的性能提高數(shù)倍。

另一些人則質疑，這些進步與當前掌握的技術之間還距離甚遠。美國伯克利勞倫斯國家實驗所的化學工程師埃爾頓·凱恩斯設計的電池僅有一枚硬幣大小，采用的是鋰、硫磺和氧化石墨烯等易獲取的材料，儲存的電量是傳統(tǒng)電池的2到5倍。此外，凱恩斯和他領導的研發(fā)團隊在進行了1500次的充放電試驗后證實，這種電池僅僅喪失了不到一半的儲電能力，這是目前最好的鋰電池才能達到的水平。

美國橡樹嶺國家實驗室梁誠篤（音）研究員也利用了硫替代傳統(tǒng)電池采用的液態(tài)電解質。液態(tài)電解質會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導，但使用壽命短。新的設計方法首先合成出一種富含硫的新物質，并將其作為電池的陰極，隨后再將其同由鋰制成的陽極和固態(tài)電解質結合在一起，便制造出這種能量密度較大的全固態(tài)電池。固態(tài)電解質不僅消除了硫溶解的問題，還避免了與鋰金屬接觸，所以安全性更高。新的固態(tài)電解質電池的能量密度是鋰離子電池的4倍。

麻省理工學院的化學物理學家阿馬多爾·梅嫩德斯·貝拉斯克斯選擇的是另一種辦法。2012年他展示了采用熒光分子材料制成的電池，將熒光分子安裝在電子設備的屏幕上，使其能捕捉光輻射，再將其散發(fā)出去。這項刊登于英國知名雜志上的科研成果指出，利用這一技術可以充分采用環(huán)境光為移動設備提供能量。

梅嫩德斯指出，如果采用太陽能，移動設備就可以實現(xiàn)自我充電，一次充電的續(xù)航能力也會大大提升。更好的是，這一發(fā)明還能有利于能量循環(huán)回收，這也能提升電池的使用壽命。這是一個非常有必要考慮的問題，因為移動設備僅屏幕就會耗掉將近90%的電量。

雖然提升電池的續(xù)航能力，或減小耗能似乎是一個非常好的切入點，但這個問題其實還可能從另外的角度來解決，比如縮短充電時間。在這方面，碳納米管發(fā)揮著決定作用。從幾年前開始技術界就在研究采用碳納米材料的可能性。碳納米管的耐用性是最好的鋼材料的數(shù)百倍，重量更輕，而且還能縮短充電時間。

加州大學河濱分校的一組科研人員開發(fā)出了一種新架構的硅陽極，應用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設計構建于3D結構的錐形碳納米管材料上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，一次充電時間只需要大約10分鐘。

在縮短充電時間問題上，以色列的StoreDot科技公司更勝一籌。在微軟ThinkNext大會上，這家在特拉維夫大學納米科技研究中心的基礎上新創(chuàng)辦起來的公司的負責人展示了他們新研發(fā)的充電技術。使用這個充電器，一部即將因電量不足關機的三星GALAXYS4手機充滿電的時間只需要30秒。這一充電設備采用的是由肽分子組成的生物半導體材料。研究人員將這些納米級的晶體加入到一種特殊的作為電解質的溶液中。

試驗似乎已經(jīng)證實了這一新技術能夠制造出更強大的電池，并縮小體積。公司創(chuàng)始人多龍·邁爾斯多夫認為，這一技術進步將推動移動設備行業(yè)真正的革命。如果這一技術能被采用，預計超級充電設備將在2016年進入批量生產(chǎn)。

可以肯定的是，未來幾年電池市場將不再是鋰電獨霸天下。從鋰這種金屬中可以獲得鋰鹽作為電解質。全世界鋰的儲量大約為4000萬噸，但通常鋰鹽濃度較低。據(jù)美國國家地理協(xié)會估算，全球僅有約1300萬到1800萬噸的鋰可以商用。

全球最主要的鋰儲量位于玻利維亞、阿根廷和智利之間形成的三角地帶，而且南美洲還有大量未探明儲量。在北美、非洲和亞洲地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了鋰礦。2010年阿富汗宣布發(fā)現(xiàn)了一個巨大的鋰礦。

但是這些遠遠不夠。隨著電動汽車和各種電子設備的大量應用，全球對鋰礦的需求也將大大增加。瑞士信貸銀行的報告預計，全球鋰需求量正在以每年12%的速度上漲。一些專家認為幾十年內鋰礦就會出現(xiàn)匱乏。但是現(xiàn)在，世界正在變得越來越智能和移動化。美國從事全球市場調研的盧辛特爾咨詢公司的另一項研究報告指出，2018年電池產(chǎn)業(yè)將成為一個規(guī)模達到860億美元的巨大的全球市場。

讓電池用得更久的小建議：

·不要總是等到耗光所有電量再充電，也不要永遠充滿電，這反而會縮短電池的使用壽命。電池的使用壽命通常為3到5年。

·避免移動設備過熱，過熱會降低電池的續(xù)航能力。

·如果移動設備一段時間內閑置，最好總是保持一半的電量。完全關機或電池電量為零有可能導致它永遠不再工作。

·使用合適的充電設備。最理想的就是使用電壓和電流強度都與原始設備相同的充電器。