钜大LARGE | 点击量：777次 | 2021年09月30日
美国奖励新电动汽车电池技术的背后
特拉斯ModelS车型可能是电动汽车世界的宠儿，但是现在汽车用60或85千瓦时的锂离子电池发生了几次火灾，美国联邦汽车安全管理部门开始对这款车型进行调查。
这个电池组可以使特拉斯ModelS车在4.4秒内达到每小时60英里的速度，这得益于锂的质量优势，这是一种可以迅速释放大量能量的相比较较轻的物质。但是因为锂非常活跃，要用很重的物质保护锂离子电池，以免它爆炸。这就使制造成本新增，也会使汽车的重量新增500磅左右，减少电动汽车充一次电所能行驶的历程数。而且锂离子电池可能会过热而导致火灾，所以研究者才会抓紧研究新的电动汽车电瓶技术。
今年夏天，美国能源部高级能源研究计划组（ARPA-E）拿出了3600万美元，奖励全国提出新的电动汽车电池设计方法的研究者。
镍氢电池：与电动汽车混合
MichaelFetcenko是德国BASF公司的化学工程师，也在研究代替锂离子电池的新电池，该公司拥有镍氢电池技术的许可。镍氢电池现在重要用于油电混合动力车，但是Fetcenko和他的团队正在利用ARPA-E供应的资金来研究镍氢电池是否也能用于纯电动汽车。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
其中的关键是要降低镍氢电池的成本，和提高电池的能量密度。现在，一个镍氢电池的能量密度是1千万时。但是，为了成为锂离子电池的可靠替代品，BASF公司必须找到一种方法，把能量密度提升到30到50千万时。
要做到这一点，其中一个方法是找到一些替代品来代替电池中最重要的材料：稀土元素。稀土元素包括元素周期表中的17种化学元素，供应了镍氢电池出现能量所要的一半的反应。但是，稀土储存能量的能力有限，而且因为必须从我国进口，所以它们的成本和供应量都非常不稳定。
所以，BASF公司正在开发能够用在镍氢电池中的合金。Fetcenko认为，他们可以改进镍氢电池的化学性质，使新的电池更便宜、效率更高。但是有关纯电动汽车电池来说，锂仍然比镍氢更加有优势，因为它更轻。
锌空气电池：从助听器到汽车
MichaelBurz希望下一代大型电动汽车电池是锌空气电池，他的公司EnZinc两年前从美国海军那个购买了这种技术。购买了锌空气电池技术后，Burz的团队开始努力实现电动汽车的三项目标：高性能、安全性和低成本。他认为，可以通过改变电池的设计方式来实现这些目标。
“过去100多年，人们一直使用同一种电池结构，”Burz说。这种结构包括三个要素：正极、负极和电解质。
在锂离子电池中，锂离子通过有机电解质从正极到达负极。但是锌空气电池是用空气作为负极。这意味着EnZinc公司可以在电池中放入更多的正极材料，从而实现更大的能量密度。锌这种物质还有一个优点——它在电池中的副产品是氧化锌，是遮光剂的重要成分。而且，美国是世界上第三大产锌国，美国厂商可以制造安全、低成本、高能的电池。
所以，为何我们现在还没有使用锌空气电池呢？因为普通的锌空气电池是不能反复充电的。“这是块硬骨头，”Burz说。可携带的锌空气电池早就已经问世了，是用在助听器里面。为了使这种电池可以反复充电，EnZinc公司正在开发一种新的锌空气电池，当氧元素释放出来的时候，正极的锌可以重新生成。工程师已经在实验室里做到了这一点，ARPA-E的资助使他们有机会开发出产品的原型。
精简的同时保持安全
并非每个人都想取代锂离子电池。某些研究者正在把这个难题当做一个拼图游戏来挑战，专注于解决电池某个方面的问题。例如，OakRidge国家实验室的GabrielVeith和他的同事试图减轻电池周围保护系统的重量。
材料科学家Veith和他的同事则打算开发一种电解质材料，能够同时起到电池安全系统的部分用途。
“在意外事件中，它会发生相位变化，成为一个不可穿透的电池，”Veith说。他希望以此预防因碰撞引发的火灾，Tesla最近发生的火灾就是由于这个原因引起的。他的团队现在面对的挑战是，如何使材料反应得足够快。“假如要五分钟的时间才发生相位变化，那就没有任何用处了，”他说。“我们希望它是瞬间发生的。”
充电
伊利诺伊技术研究所的CarloSegre想解决这个困扰着电动汽车驾驶者的难题，使充电过程像在加油站给汽车加油相同简便。Segre的团队正在设计一种电池，它包括两个液体的电极，和由悬浮在液体中的纳米粒子构成的电解质。因为电极是流动的，也许有一天就能用给汽车加油的方式来替换电极。
“你要做的就是在充电站熄火停车，”Segre说。“几分钟以后你就可以把车开走，而不要花很长时间来给电池充电。”
这个项目也得到了ARPA-E的资助，还要花三到五年的时间才能了解是否会成功。Segre说，“这就是ARPA-E这个计划的特点，他们并不是只投资于肯定会成功的项目。”
