特拉斯ModelS車型可能是電動汽車世界的寵兒，但是現(xiàn)在汽車用60或85千瓦時的鋰電池發(fā)生了幾次火災(zāi)，美國聯(lián)邦汽車安全管理部門開始對這款車型進行調(diào)查。

這個電池組可以使特拉斯ModelS車在4.4秒內(nèi)達到每小時60英里的速度，這得益于鋰的質(zhì)量優(yōu)勢，這是一種可以迅速釋放大量能量的相對比較輕的物質(zhì)。但是因為鋰非常活躍，需要用很重的物質(zhì)保護鋰電池，以免它爆炸。這就使制造成本增加，也會使汽車的重量增加500磅左右，減少電動車充一次電所能行駛的歷程數(shù)。而且鋰電池可能會過熱而導(dǎo)致火災(zāi)，所以研究者才會抓緊研究新的電動車電瓶技術(shù)。

今年夏天，美國能源部高級能源研究計劃組（ARPA-E）拿出了3600萬美元，獎勵全國提出新的電動汽車電池設(shè)計方案的研究者。

鎳氫電池：與電動汽車混合

MichaelFetcenko是德國BASF公司的化學(xué)工程師，也在研究代替鋰電池的新電池，該公司擁有鎳氫電池技術(shù)的許可。鎳氫電池現(xiàn)在主要用于油電混合動力車，但是Fetcenko和他的團隊正在利用ARPA-E提供的資金來研究鎳氫電池是否也能用于純電動車。

其中的關(guān)鍵是要降低鎳氫電池的成本，和提高電池的能量密度。現(xiàn)在，一個鎳氫電池的能量密度是1千萬時。但是，為了成為鋰電池的可靠替代品，BASF公司必須找到一種方法，把能量密度提升到30到50千萬時。

要做到這一點，其中一個方法是找到一些替代品來代替電池中最重要的材料：稀土元素。稀土元素包括元素周期表中的17種化學(xué)元素，提供了鎳氫電池產(chǎn)生能量所需要的一半的反應(yīng)。但是，稀土儲存能量的能力有限，而且因為必須從中國進口，所以它們的成本和供應(yīng)量都非常不穩(wěn)定。

所以，BASF公司正在開發(fā)能夠用在鎳氫電池中的合金。Fetcenko認為，他們可以改進鎳氫電池的化學(xué)性質(zhì)，使新的電池更便宜、效率更高。但是對于純電動車電池來說，鋰仍然比鎳氫更有優(yōu)勢，因為它更輕。

鋅空氣電池：從助聽器到汽車

MichaelBurz希望下一代大型電動車電池是鋅空氣電池，他的公司EnZinc兩年前從美國海軍那個購買了這種技術(shù)。購買了鋅空氣電池技術(shù)后，Burz的團隊開始努力實現(xiàn)電動車的三項目標：高性能、安全性和低成本。他認為，可以通過改變電池的設(shè)計方式來實現(xiàn)這些目標。

“過去100多年，人們一直使用同一種電池結(jié)構(gòu)，”Burz說。這種結(jié)構(gòu)包括三個要素：正極、負極和電解質(zhì)。

在鋰電池中，鋰離子通過有機電解質(zhì)從正極到達負極。但是鋅空氣電池是用空氣作為負極。這意味著EnZinc公司可以在電池中放入更多的正極材料，從而實現(xiàn)更大的能量密度。鋅這種物質(zhì)還有一個優(yōu)點——它在電池中的副產(chǎn)品是氧化鋅，是遮光劑的主要成分。而且，美國是世界上第三大產(chǎn)鋅國，美國廠商可以制造安全、低成本、高能的電池。

所以，為什么我們現(xiàn)在還沒有使用鋅空氣電池呢？因為普通的鋅空氣電池是不能反復(fù)充電的。“這是塊硬骨頭，”Burz說。可攜帶的鋅空氣電池早就已經(jīng)問世了，是用在助聽器里面。為了使這種電池可以反復(fù)充電，EnZinc公司正在開發(fā)一種新的鋅空氣電池，當氧元素釋放出來的時候，正極的鋅可以重新生成。工程師已經(jīng)在實驗室里做到了這一點，ARPA-E的資助使他們有機會開發(fā)出產(chǎn)品的原型。

精簡的同時保持安全

并非每個人都想取代鋰電池。某些研究者正在把這個難題當做一個拼圖游戲來挑戰(zhàn)，專注于解決電池某個方面的問題。例如，OakRidge國家實驗室的GabrielVeith和他的同事試圖減輕電池周圍保護系統(tǒng)的重量。

材料科學(xué)家Veith和他的同事則打算開發(fā)一種電解質(zhì)材料，能夠同時起到電池安全系統(tǒng)的部分作用。

“在意外事件中，它會發(fā)生相位變化，成為一個不可穿透的電池，”Veith說。他希望以此預(yù)防因碰撞引發(fā)的火災(zāi)，Tesla最近發(fā)生的火災(zāi)就是由于這個原因引起的。他的團隊現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是，如何使材料反應(yīng)得足夠快。“如果需要五分鐘的時間才發(fā)生相位變化，那就沒有任何用處了，”他說。“我們希望它是瞬間發(fā)生的。”

充電

伊利諾伊技術(shù)研究所的CarloSegre想解決這個困擾著電動汽車駕駛者的難題，使充電過程像在加油站給汽車加油一樣簡便。Segre的團隊正在設(shè)計一種電池，它包括兩個液體的電極，和由懸浮在液體中的納米粒子構(gòu)成的電解質(zhì)。因為電極是流動的，也許有一天就能用給汽車加油的方式來替換電極。

“你要做的就是在充電站熄火停車，”Segre說。“幾分鐘以后你就可以把車開走，而不需要花很長時間來給電池充電。”

這個項目也得到了ARPA-E的資助，還要花三到五年的時間才能知道是否會成功。Segre說，“這就是ARPA-E這個計劃的特點，他們并不是只投資于肯定會成功的項目。”