鉅大LARGE | 點擊量：960次 | 2018年10月04日
讓電動汽車續(xù)航延長3倍的生化病毒
提起病毒這一名詞，我們一般會聯(lián)想到HIV、SARS等負面詞匯；但如果將其特性應用在特定場景，卻能在很大程度上服務于人類。
麻省理工學院（MIT）的一個研究小組在《自然通訊》雜志上發(fā)表了一篇論文指出，他們可以利用一種叫做M13的經(jīng)過基因改良的良性病毒，來幫助延長電動汽車的續(xù)航里程，最高可達3倍。在電動汽車動力電池續(xù)航水平普遍遭遇瓶頸的今天，利用生化手段來解決這一問題實屬首次。
要延長電動汽車的續(xù)航里程，無非就是從兩點出發(fā)：要么增加電池數(shù)量，要么增加電池容量。第一個選擇毫無疑問會增加汽車的整備質(zhì)量，因此即便增加了電池，電動機的負載也隨之增大，續(xù)航里程不見得會有提升；所以只能訴諸于第二種選擇，也即增加電池的能量密度。目前，市場絕大多數(shù)的電動汽車動力電池都是鋰離子電池（比如BMWi3等純電動車），而鎳氫電池則占很小一部分（比如豐田Prius混動車），原因就是鋰離子電池的能量密度要大于鎳氫電池。
MIT研究人員提出的解決方案更加超前，其基本原理是：
在鋰-空氣（Lithium-Air）電池（鋰離子電池的一種）中放入M13良性病毒，然后加入金屬鈀作為催化劑，這種病毒就會“抓取”電解液中的金屬分子，在該應用場景下會凝結成一個直徑約為80納米、由氧化錳凝結而成的納米線（nanowire），其寬度與紅細胞相當。當大量的納米線凝聚在一起后，就形成了一個由氧化錳為材料的鋰離子電池的陰極，在這里鋰離子進行還原反應生成過氧化鋰（Li2O2）。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
那么這種由病毒制造出的陰極有什么特點呢？
與一般地通過化學反應制造出的氧化錳不同，這種納米線呈荊刺狀。換句話說，就是增大了陰極上鋰離子反應的表面積，從而增加了電池的能量密度。
這個看起來很簡單的生化電池技術，卻能在很大程度上提升鋰離子電池的能量密度，延長電動汽車的續(xù)航里程。當前市場上主流的電動汽車續(xù)航里程都160km左右，而MIT的研究人員稱，采用了生化技術的鋰-空氣電池能把續(xù)航里程延長到550km。鋰-空氣電池作為動力電池未來的一個重點研究方向，其能量密度已經(jīng)接近于傳統(tǒng)的汽油。而采用生化電池技術則能進一步提升這一水準。
這里簡要介紹下所謂的鋰-空氣電池。這是鋰離子電池的一種，其由鋰金屬作為陽極反應物，由空氣中的氧氣作為陰極反應物。與普通的鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池相比，鋰-空氣電池的能量密度要高于前兩者，并且由于陰極使用的是空氣，所以可以進一步減輕電池的體積和重量。鋰-空氣電池是金屬-空氣電池的一種，由于鋰金屬相較納、鈣、鎂、鋅等金屬具備較高的能量密度（3840mAh/g），所以在金屬-空氣電池的研發(fā)中鋰是首選的陽極反應物。
汽油的能量密度為13kW·h/kg，真正傳導至車輪的能量約為1.7kW·h/kg；而鋰-空氣電池的理論能量密度為12kW·h/kg，即43.2MJ/kg。據(jù)理論推導，使用鋰-空氣電池時傳導至車輪的能量密度也可達到1.7kW·h/kg。相較于現(xiàn)在普遍使用的鋰離子電池，鋰-空氣電池的能量密度要高出5-15倍。這就為研發(fā)低價位、高續(xù)航的大眾化電動汽車提供了理論支持。
其實，第一臺汽油機與第一臺感應電動機都是誕生于19世紀80年代，可謂是同期工業(yè)革命的產(chǎn)物。但在之后的一百多年里，汽車這種代步工具的動力來源卻被以汽油機為代表的內(nèi)燃機所統(tǒng)治，電動汽車一直都是邊緣產(chǎn)品。這里面最主要的原因，并不是內(nèi)燃機與電動機的發(fā)展水平有所差距，而應歸結于最根本能量來源——電池。因為汽車工業(yè)中常有的動力電池的能量密度遠低于燃油，所以電池一直沒有成為與燃油并列的能源，也就是我們常說的電動汽車續(xù)航里程不足。
不過近幾年隨著電池技術的不斷提升，以及各種新型電池材料的發(fā)現(xiàn)與應用，電動汽車動力電池的性能和制造成本得到了進一步優(yōu)化。目前，電動汽車動力電池主要分為兩類：蓄電池與燃料電池。一般意義上的電動汽車（EV）指的是應用蓄電池的車型，而燃料電池汽車由于其原料是氫氣，所謂被稱之為氫燃料電池汽車（FCEV）。
雖然說Tesla的ModelS85kWh的車型已經(jīng)可以到達480km的續(xù)航水平，但畢竟售價接近9萬美元；而且電池占用的體積很大，也增加了汽車的整備質(zhì)量。所以，研發(fā)體積小、能量高的動力電池仍然是個重要課題。令人興奮的是，Tesla目前已經(jīng)在做這件事了。
據(jù)Tesla提交的一份專利顯示，目前Tesla正在研發(fā)一套電池/電池混合動力系統(tǒng)，即一個金屬-空氣電池、一個非金屬-空氣電池。這意味著Tesla也在考慮將金屬-空氣電池應用到旗下車型，以進一步增加其續(xù)航里程。據(jù)悉這一系統(tǒng)能使電動汽車的續(xù)航里程達到640km。關于該電池混動系統(tǒng)我在稍后會做詳細的技術解讀。
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