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800公里 液體電池破解電動汽車續航難題

2014年04月14日  來源：麻省理工科技評論

    一種新型電池在研究者們所稱的“充電燃料”——即液態形式的電極中儲存能量。其成就是既可以像傳統電池那樣再充電，也可以通過注入新的燃料充電，就像加油一樣。

    開發這項技術的研究者們稱，這種材料理論上可以允許一輛電動汽車一次充電行駛500英里（約合800公里），是現在大多數電動汽車行駛距離的5倍。這項技術由阿貢國家實驗室和伊利諾伊理工學院開發。在一座加油站重裝這種燃料只要幾分鐘。相比之下，即便是最快的傳統電池充電站也需要1小時來完全充電。

    有限的行駛距離和長充電時間是電動汽車的兩項最大挑戰。液體電池電極可以通過提升電池組的帶電量，來實現更長距離行駛，而且得益于需要較少的非能源儲備組件，電池組還更加便宜。

    資助這一工作的美國能源部先進研究計劃署(ARPA-E)的項目經理劉平說，使用液態電極的電池也比傳統的更安全。正負電極材料將存儲在分開的儲罐里，而不是像傳統電池一樣在同一個蓄電池單元里。這樣可以防止短路和過熱，避免鋰電池因此著火。

    充電燃料正處于初期階段，但ARPA-E看好這項技術，宣布資助四個開發這項技術的團體。除了伊利諾伊的項目，ARPA-E還在支持通用電氣、國家可再生能源實驗室，以及麻省理工學院分拆出的24M公司。

    伊利諾伊研究者們目前展示了一個小型的“半單元”電池，使用了一個液體電極和一個固體電極。對于他們上個月開始的340萬美元ARPA-E資助項目，他們計劃建造一個正負電極都使用液體的原型。這個電池將能夠儲備1千瓦時的能量，足夠行駛幾英里。

    在傳統電動汽車的電池中，一個電池組里高達75%的材料，由不儲存能量的組件構成，包括電池封裝、傳感器、電連接器、冷卻系統等。通過液體儲備能量，至少在理論上可以消除大部分材料，降低電池組的尺寸和成本。

    關鍵在于從用于提取能量，產生電流的結構中分離儲能材料。在傳統電池中，每一層電極材料都配有一張鋁箔和塑料薄膜，以便電子和離子流動產生電流。如果你想儲存更多能量，就需要添加更多的鋁箔和塑料薄膜。

    在新電池中，液體電極將存儲在儲罐里，并被泵過一個相對較小的設備來交互和發電。增加儲能只需制造更大的儲罐，發電的裝置可以保持相同的大小。儲罐越大，發電設備占總體積的比例就越小。

    液體電極已經存在了一段時間，例如作為一種叫流體電池的設備的一部分，但它們通常把能量儲備在稀溶液中，用于汽車就顯得體積過大。一些電池擁有熔化電極，更適合靜止的用途。每個ARPA-E項目都致力于設法將液體的能量密度增加一個數量級。麻省理工學院分拆出的24M公司是這一領域的先驅，已經展示了將高濃度的高能量電極粉末懸浮，并從中提取能量的可能性。主要的挑戰是令實際電池達到足夠高的導電性。

    伊利諾伊的研究人員有一個類似的方法。他們強調使用納米粉末可以以非常高的濃度懸浮，并且仍然容易流動，這得益于如此小尺寸顆粒的特殊性質。他們還開發了一種新的方法從粒子提取電流，并希望這將使得他們增加電導率。直到他們完成專利申請前，這一技術的細節是保密的。

    液體電極電池確實有一些潛在的缺點。納米粒子會快速降解，研究人員才開始設計整個系統。他們需要設計一種方法來有效地泵過材料，并廉價生產電池。通過把新材料重裝儲罐來為汽車充電需要安裝新的基礎設施，其價格或許很昂貴。

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