探索多種途徑改進電動車電池技術

特斯拉Model S是電動汽車行業的新寵，但最近它已經連續發生了三起火災事件（包括60千瓦時和85千瓦時的電池版本），火災的詳細原因仍在調查中。

特斯拉Model S的電池組

得益于新技術和輕質材料的應用，Model S的電池組從0-60英里/小時加速僅需4.4秒。由于這些材料的活性，汽車中的鋰電池需要有完整的保護措施。車內的鋰電池組重500磅，位于汽車底盤中，底盤與輪距一樣寬，略短于軸距。電池組的實際物理尺寸為：長2.7米，寬1.5米，厚0.1米-0.18米。0.18m厚的部分是由兩個電池模塊疊加而成。這個物理尺寸是指電池組的整體尺寸，包括上下、左右和前后包裹面板。這種電池組的結構是通用的設計。除了18650電池外，還可以安裝其他合格的電池。此外，電池組是密封的，并與空氣隔離，大多數材料是鋁或鋁合金。可以說，電池不僅是能源中心，也是Model S底盤的一部分，其堅固的外殼可以很好地支撐車輛。

但即便如此，它仍然著火了，這就是為什么研究人員需要加快新一代電動汽車電池技術的研發進程。

今年夏天，美國能源部高級研究計劃署APRA-E投資3600萬美元，幫助研究人員為開發下一代電池設計奠定堅實基礎。它包括22個技術項目，所有這些項目都旨在使電動汽車更高效、更便宜。

鎳氫電池：從混合動力汽車到純電動汽車

巴斯夫的化學工程師Michael Fetchenko是眾多電池研究人員之一。在APRA-E的支持下，他試圖將原本用于混合動力汽車的鎳鋅電池技術擴展到純電動汽車。

一般來說，鎳氫電池的能量密度為1千瓦時/千克。為了將其應用于純電動汽車，巴斯夫必須將鎳氫電池的能量密度提高到30-50kWh/kg。該應用成功的關鍵在于能否將鎳氫電池的能量密度提高到所需值并降低成本。

實現這一目標的一種可能方法是更換電池中所需的稀土元素。稀土元素是一個統稱，在這一組中有17種元素。它們之所以被稱為稀土元素，并不是因為儲量小，而是因為它們主要存在于礦山中，在開發過程中會花費大量資金。在傳統的鎳氫電池中，50%以上的能量是由稀土元素的反應產生的。然而，這些元件的存儲性能較差。

為了解決這個問題，巴斯夫試圖使用低成本的金屬氫化物合金。費琴科教授認為，這種材料可以改善鎳氫電池的化學財產，降低成本。然而，對于純電動汽車來說，僅僅提高鎳氫電池的化學財產還不足以取代鋰電池，因為鋰電池還有一個至關重要的特點——重量輕或密度低。

鋅空氣電池：從助聽器到汽車

美國加利福尼亞州的EnZinc公司認為，鋅空氣電池將引領下一代電動汽車電池技術。該公司相關研究團隊負責人Michael Burz表示，下一代電動汽車電池應該具備三個要素：高性能、安全性和低成本。他和他的團隊正試圖改變電池的設計模式/架構，以實現這三點。

他指出，電池架構已經100多年沒有改變了，人們仍然無法跳出這種心態。所謂的電池結構包括三個元素：正極、負極和電解質。正極釋放電子，負極接收電子。正極和負極被電解質分隔開，電解質充當離子自由流動的介質。

在鋰離子電池中，鋰離子從氧化鋰陽極轉移到碳基化合物陰極，并使用有機電解質。另一方面，鋅-空氣電池使用碳作為陽極來吸收空氣中的氧氣，鋅合金作為陰極。鋅也是一種良性物質，其在電池中的副產品是氧化鋅，氧化鋅是防曬霜的主要成分。

……

通過上述方法，鋅空氣電池可以實現高效率、低成本和安全性三大特點。

既然如此，為什么現在不普及這項技術呢？也就是說，鋅空氣電池無法充電。這就是為什么目前它只用于助聽器等小型設備的原因。為了給鋅-空氣電池充電，EnZinc公司開發了一種新方案，將普通氧氣和鋅金屬放入堿性電解液中，通過鋅的氧化反應產生電流。再充電后，氧氣和鋅可以再生，從而提高了電池的能量密度。

一種新的方式：電池重量減輕

電動汽車電池的發展方向有很多。一些研究人員致力于提高電池的能量密度和性能，而另一些研究人員則專注于減輕電池的重量。例如，橡樹嶺國家實驗室的Gabriel Veith教授和他的團隊正在研究如何減輕電池保護系統的重量。

Gabriel Veith是一位材料科學家，他希望開發一種具有與電池安全系統相同功能的輕質電解質材料。

Veith解釋道：“當電動汽車碰撞時，材料會發生相變，使其難以穿透。這一特性可能會解決最近特斯拉電池起火的問題。該團隊現在面臨的問題是提高材料的響應性能。Veith說：“如果相變發生在電動汽車碰撞后五分鐘，那么它將毫無意義。“特斯拉Model S是電動汽車行業的新寵，但最近它已經連續發生了三起火災事件（包括60千瓦時和85千瓦時的電池版本），火災的詳細原因仍在調查中。

特斯拉Model S的電池組

得益于新技術和輕質材料的應用，Model S的電池組從0-60英里/小時加速僅需4.4秒。由于這些材料的活性，汽車中的鋰電池需要有完整的保護措施。車內的鋰電池組重500磅，位于汽車底盤中，底盤與輪距一樣寬，略短于軸距。電池組的實際物理尺寸為：長2.7米，寬1.5米，厚0.1米-0.18米。0.18m厚的部分是由兩個電池模塊疊加而成。這個物理尺寸是指電池組的整體尺寸，包括上下、左右和前后包裹面板。這種電池組的結構是通用的設計。除了18650電池外，還可以安裝其他合格的電池。此外，電池組是密封的，并與空氣隔離，大多數材料是鋁或鋁合金。可以說，電池不僅是能源中心，也是Model S底盤的一部分，其堅固的外殼可以很好地支撐車輛。

但即便如此，它仍然著火了，這就是為什么研究人員需要加快新一代電動汽車電池技術的研發進程。

今年夏天，美國能源部高級研究計劃署APRA-E投資3600萬美元，幫助研究人員為開發下一代電池設計奠定堅實基礎。它包括22個技術項目，所有這些項目都旨在使電動汽車更高效、更便宜。

鎳氫電池：從混合動力汽車到純電動汽車

巴斯夫的化學工程師Michael Fetchenko是眾多電池研究人員之一。在APRA-E的支持下，他試圖將原本用于混合動力汽車的鎳鋅電池技術擴展到純電動汽車。

一般來說，鎳氫電池的能量密度為1千瓦時/千克。為了將其應用于純電動汽車，巴斯夫必須將鎳氫電池的能量密度提高到30-50kWh/kg。該應用成功的關鍵在于能否將鎳氫電池的能量密度提高到所需值并降低成本。

實現這一目標的一種可能方法是更換電池中所需的稀土元素。稀土元素是一個統稱，在這一組中有17種元素。它們之所以被稱為稀土元素，并不是因為儲量小，而是因為它們主要存在于礦山中，在開發過程中會花費大量資金。在傳統的鎳氫電池中，50%以上的能量是由稀土元素的反應產生的。然而，這些元件的存儲性能較差。

為了解決這個問題，巴斯夫試圖使用低成本的金屬氫化物合金。費琴科教授相信這種材料可以改善……的化學財產……

-MH電池并降低其成本。然而，對于純電動汽車來說，僅僅提高鎳氫電池的化學財產還不足以取代鋰電池，因為鋰電池還有一個至關重要的特點——重量輕或密度低。

鋅空氣電池：從助聽器到汽車

美國加利福尼亞州的EnZinc公司認為，鋅空氣電池將引領下一代電動汽車電池技術。該公司相關研究團隊負責人Michael Burz表示，下一代電動汽車電池應該具備三個要素：高性能、安全性和低成本。他和他的團隊正試圖改變電池的設計模式/架構，以實現這三點。

他指出，電池架構已經100多年沒有改變了，人們仍然無法跳出這種心態。所謂的電池結構包括三個元素：正極、負極和電解質。正極釋放電子，負極接收電子。正極和負極被電解質分隔開，電解質充當離子自由流動的介質。

在鋰離子電池中，鋰離子從氧化鋰陽極轉移到碳基化合物陰極，并使用有機電解質。另一方面，鋅-空氣電池使用碳作為陽極來吸收空氣中的氧氣，鋅合金作為陰極。鋅也是一種良性物質，其在電池中的副產品是氧化鋅，氧化鋅是防曬霜的主要成分。

通過上述方法，鋅空氣電池可以實現高效率、低成本和安全性三大特點。

既然如此，為什么現在不普及這項技術呢？也就是說，鋅空氣電池無法充電。這就是為什么目前它只用于助聽器等小型設備的原因。為了給鋅-空氣電池充電，EnZinc公司開發了一種新方案，將普通氧氣和鋅金屬放入堿性電解液中，通過鋅的氧化反應產生電流。再充電后，氧氣和鋅可以再生，從而提高了電池的能量密度。

一種新的方式：電池重量減輕

電動汽車電池的發展方向有很多。一些研究人員致力于提高電池的能量密度和性能，而另一些研究人員則專注于減輕電池的重量。例如，橡樹嶺國家實驗室的Gabriel Veith教授和他的團隊正在研究如何減輕電池保護系統的重量。

Gabriel Veith是一位材料科學家，他希望開發一種具有與電池安全系統相同功能的輕質電解質材料。

Veith解釋道：“當電動汽車碰撞時，材料會發生相變，使其難以穿透。這一特性可能會解決最近特斯拉電池起火的問題。該團隊現在面臨的問題是提高材料的響應性能。Veith說：“如果相變發生在電動汽車碰撞后五分鐘，那么它將毫無意義。"

標簽：Model S特斯拉

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