據(jù)外媒報(bào)道，新一代的電動(dòng)車(chē)自10年前起開(kāi)始出現(xiàn)在路面上。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員耗費(fèi)了一年時(shí)間，追蹤了近500名美國(guó)駕駛員的駕駛習(xí)慣，旨在確認(rèn)電動(dòng)車(chē)是否適合這類(lèi)人群使用。

研究人員發(fā)現(xiàn)，近三分之一的受訪(fǎng)者表示，他（她）們可以用續(xù)航里程為100英里（約合160公里）的電動(dòng)車(chē)完成其絕大部分出行活動(dòng)。只有6％的情況所涉及的出行距離較遠(yuǎn)，可能需要用戶(hù)將電量充滿(mǎn)后再出行，或租用一輛汽油車(chē)。

如今，電動(dòng)車(chē)的發(fā)展情況更好了。許多電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程數(shù)已遠(yuǎn)不止200英里（約合320公里），某些大尺寸、高端車(chē)型的續(xù)航里程數(shù)甚至能達(dá)到近400公里。畢竟，仍有許多潛在的購(gòu)車(chē)用戶(hù)擔(dān)心車(chē)輛在半途中電量耗盡。長(zhǎng)續(xù)航版電池可緩解用戶(hù)的“電動(dòng)車(chē)?yán)锍虜?shù)焦慮”，但“還有很多坑要填”。

許多電動(dòng)車(chē)所搭載的電池都是鋰離子電池，該款產(chǎn)品是索尼公司于1991年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的電池設(shè)計(jì)，該類(lèi)電池的特別之處在于其蓄能容量較高。目前，電動(dòng)車(chē)車(chē)載電池的能量密度通常為200wh／kg，當(dāng)代鋰離子電池可將200 watt－h(huán)our的電勢(shì)注入到1千克的電池套件（kit）中。該數(shù)據(jù)是舊款鉛酸電池的5倍，研究人員們正在持續(xù)研究改進(jìn)，旨在提升鋰離子電池性能。

鋰離子電池的名字取自其內(nèi)部的鋰離子。但這類(lèi)電池放電時(shí)，陽(yáng)極會(huì)產(chǎn)生鋰離子。然后，該鋰離子將通過(guò)電池隔板（只有鋰離子能通過(guò)）至電解液中，然后再擴(kuò)散至陰極。陽(yáng)極的電子將消失，沿著外部電路進(jìn)入陰極。在該過(guò)程中產(chǎn)生的電流將被用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而在陰極位置，離子和電子重新結(jié)合。該情況將持續(xù)至用戶(hù)通過(guò)充電線(xiàn)纜將車(chē)輛與充電設(shè)備連通時(shí)，整個(gè)流程將逆轉(zhuǎn)。

對(duì)于車(chē)輛這類(lèi)重量敏感型應(yīng)用而言，鋰金屬是化學(xué)元素周期表中最輕的一款金屬，但該金屬的（化學(xué)）反應(yīng)性也較高。電芯的構(gòu)建需要非常謹(jǐn)慎，避免瑕疵，否則將可能引發(fā)電池短路乃至于電池起火事故。陽(yáng)極通常由富碳材料（carbon－rich material）組成，陰極內(nèi)的鋰金屬通常容易被部分氧化，從而生成鋰鈷氧化物（lithium cobalt oxide）。

而鈷金屬是最為昂貴的一款電池材料，電池制造商們都試圖減少該材料的使用量。許多鈷礦都位于剛果民主共和國(guó)，而采礦條件非常惡劣，甚至有使用童工的情況出現(xiàn)。業(yè)內(nèi)的主流思路是減少電鈷金屬在鋰電池內(nèi)的使用量，同時(shí)調(diào)升鎳和錳的用量，以便生產(chǎn)NMC電池（三元鋰電池）。

去年，中國(guó)最大的電池制造商——寧德時(shí)代開(kāi)始量產(chǎn)NMC電池，其能量密度達(dá)到240wh／kg。而特斯拉等其他公司則希望進(jìn)一步削減甚至擺脫對(duì)鈷金屬的依賴(lài)，但特斯拉卻對(duì)其電池計(jì)劃的明細(xì)內(nèi)容守口如瓶。

為降低電池材料的成本，隨著寧德時(shí)代、特斯拉及其他對(duì)手的產(chǎn)能提升，這類(lèi)電池的價(jià)格將穩(wěn)步下滑。據(jù)消息透露，2012年鋰電池的平均售價(jià)為1160美元／千瓦時(shí)（約合8204．68元／千瓦時(shí)）。到2024年，其售價(jià)將低于100美元／千瓦時(shí)（約合707．3元／千瓦時(shí)）（見(jiàn)圖表）。屆時(shí)，與內(nèi)燃機(jī)車(chē)相比較，電動(dòng)車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將更大。

為提升電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程數(shù)，許多業(yè)內(nèi)人士將其希望放在固態(tài)電池上，而非液態(tài)電池上。鋰離子可通過(guò)某類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)的“隧道”（tunnel through）。這類(lèi)電池的安全性更高，也有望使用其他電解質(zhì)材料，從而獲得更高的能量密度。在各類(lèi)最新的固態(tài)電池方案中，三星在韓國(guó)和日本的實(shí)驗(yàn)室提出了一款設(shè)計(jì)，牽頭人為Dongmin Im。該設(shè)計(jì)采用了一款NMC陰極、銀、碳復(fù)合物組成的陽(yáng)極及一款基于硫銀鍺礦基材的固態(tài)電解質(zhì)，硫銀鍺礦主要由銀、鍺和硫三類(lèi)材料組成。

據(jù)該團(tuán)隊(duì)于今年3月發(fā)布的論文顯示，這類(lèi)電池的能量密度為900wh／l，這意味著相較于傳統(tǒng)鋰離子電池，在既定（同等）體積下，新電池的容量已實(shí)現(xiàn)翻番。該研究小組預(yù)計(jì)，該類(lèi)電池的能量密度為430wh／kg，從而將電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程數(shù)提升至800公里。基于硫銀鍺礦基材的電池不會(huì)產(chǎn)生名為鋰晶枝的針狀結(jié)晶物，該類(lèi)物質(zhì)通常在鋰電池充電時(shí)生成。

該團(tuán)隊(duì)表示，相較于當(dāng)前的電池，該款固態(tài)鋰電池更具備成本效益。不幸的是，研究人員表示，目前尚難以確定何時(shí)才能該款電池，也不確定應(yīng)如何量產(chǎn)該款電池，這是電池類(lèi)設(shè)備的通病。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的電池專(zhuān)家Arumugam Manthiram指出，固態(tài)電池研發(fā)過(guò)程中的兩大難題。

首先，固態(tài)（電極與電解質(zhì)）面對(duì)面放置，將僅限制在電解質(zhì)和電極間通過(guò)的接觸點(diǎn)。相較之下，液態(tài)與固態(tài)間（電極與電解液）的接觸點(diǎn)是連續(xù)的。有一種方式可以克服該難題，即采用一款聚合物電解質(zhì)（polymer electrolyte），但材料的柔性需足夠高，確保其表面能與固態(tài)電極。Manthiram博士評(píng)論道：“唉，我們尚未找到良好的聚合物材料?！?/p>

第二個(gè)問(wèn)題在于制造。許多固態(tài)電解質(zhì)是陶瓷材質(zhì)的，非常容易碎，這導(dǎo)致在大批量生產(chǎn)時(shí)存在難題，但聚合物就能避免這類(lèi)難題。然而，仍不得不面臨前一個(gè)問(wèn)題——聚合物的選材。

此外，這類(lèi)鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的新理念已經(jīng)足夠成熟，之前的既得利益者們將被迫出局。從液態(tài)電解質(zhì)向固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展，這意味著需要建立一家造價(jià)高昂的新工廠(chǎng)。此外，研發(fā)更優(yōu)質(zhì)的液態(tài)電解質(zhì)、采用可匹配的新款電極可能是朝著安全性更高、電量更大鋰離子電池的最可靠的技術(shù)路線(xiàn)。

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