特斯拉起火促進電池技術加速發(fā)展

特斯拉Model S是電動汽車界的新寵兒，不過最近它經(jīng)歷了連續(xù)三起起火事件（包括60千瓦時和85千瓦時兩種電池版本的車型），目前起火詳細原因還在調(diào)查中。

得益于全新的技術與輕量化材料的應用，Model S中的電池組讓其從0-60英里/時加速耗時僅需4.4秒。也由于這些材料活躍性質(zhì)，車中的鋰電池需要擁有完備的保護措施。該車中的鋰電池組重500磅，它位于車輛的底盤，與輪距同寬，長度略短于軸距。電池組的實際物理尺寸是：長2.7米，寬1.5米，厚度為0.1米-0.18米。其中0.18米較厚的部分是由于2個電池模塊疊加造成的。這個物理尺寸指的是電池組整體的大小，包括上下、左右、前后的包裹面板。這個電池組的結(jié)構是一個通用設計，除了18650型號電池外，其他符合條件的電池也可以安裝。此外，電池組采用密封設計，與空氣隔絕，大部分用料為鋁或鋁合金。可以說，電池不僅是一個能源中心，同時也是Model S底盤的一部分，其堅固的外殼能對車輛起到很好的支撐作用。

但即便如此其仍然發(fā)生了起火，這也是為何研究者需要加快對新一代電動車電池技術研發(fā)進程的原因。

今年夏季，美國能源部的高級研究項目署APRA-E投資3600萬美元，幫助研究者開發(fā)下一代電池設計打下堅實基礎。其中包括22個技術項目，目標無一例外都是讓電動車變得更高效、成本更低。

　　鎳氫電池：從混動車到純電動車

　　巴斯夫的一位化學工程師Michael Fetcenko是眾多電池研究者中的一個，在APRA-E的資助下，試圖將原本用于混動汽車中的鎳氫電池技術擴展應用到純電動車中。

一般來說，鎳氫電池的能量密度在1千瓦時/千克。而若要將其應用于純電動車中，巴斯夫必須將鎳氫電池的能量密度提升到30-50千瓦時/千克。此項應用成功與否的關鍵在于能否將鎳氫電池的能量密度增大到要求值，并降低成本。

　　實現(xiàn)這一目標的一種可能途徑是替換掉電池中所需的稀土元素。稀土元素是一個統(tǒng)稱，該組元素共有17種，稱為稀土元素的原因并不是因為其儲量少，而是由于其主要存在于礦山中，開發(fā)過程中將耗費大量成本。傳統(tǒng)的鎳氫電池中，超過50%的能量由稀土元素反應生成。不過這類元素的儲存性能較差。

　　為了解決這一問題，巴斯夫嘗試采用低成本金屬氫化物合金。Fetcenko教授認為，這種材料能夠提升鎳氫電池的化學性能，并讓其成本降低。不過對于純電動汽車來說，光改進鎳氫電池的化學性能不足以使其代替鋰電池，因為鋰電池還擁有一個至關重要的特性——重量輕，或者說密度小。

鋅-空氣電池：從助聽器到汽車

　　美國加利福尼亞州一家名為EnZinc的公司認為，鋅-空氣電池將會引領下一代電動車電池技術。該公司相關研究團隊負責人Michael Burz表示，下一代電動車電池應該具備三個要素：高性能、安全、低成本。他和他的團隊正在試圖改變電池的設計模式/架構，從而做到這三點。

　　他指出，電池的架構已經(jīng)有超過100年沒有發(fā)生變化，人們依舊沒能跳出思維定勢。所謂電池架構包括三個元素：正極、負極、電解液。正極釋放電子，負極接收電子。正極與負極之間由電解液隔開，電解液作為離子自由流動的媒介體。

　　在鋰離子電池中，鋰離子從氧化鋰正極出發(fā)向碳基化合物負極運動，并采用有機電解液。鋅-空氣電池則不同，其正極利用碳吸收空氣中的氧，負極則是鋅合金。鋅同時還是一種良性物質(zhì)，其在電池中的副產(chǎn)品就是氧化鋅，而氧化鋅則是防曬霜的主要成分。

　　通過上述方法，鋅空氣電池就可實現(xiàn)高效、低成本和安全三個特性。

　　既然如此，那為何不現(xiàn)在就將該技術普及呢？那就是鋅空氣電池無法充電。這也是目前其僅在助聽器等小型器件中使用的原因。為了讓鋅空氣電池能夠充電，EnZinc公司開發(fā)出一種新方案，將普通氧氣和鋅金屬放在堿性電解液中，借助鋅的氧化反應產(chǎn)生電流，而在重新充電后，氧氣和鋅又可以再生，如此往復循環(huán)，從而提升了電池的能量密度。

　　新途徑：電池減重

　　電動車電池發(fā)展的方向有多種，有些研究者致力于提升其能量密度和性能，另一些則專注于減輕電池的重量。例如，美國橡樹嶺國家實驗室的Gabriel Veith教授和他的團隊正在研究如何降低電池保護系統(tǒng)的重量。

　　Gabriel Veith是一位材料科學家，其希望開發(fā)出一種具有和電池安全系統(tǒng)功能相同的輕質(zhì)電解質(zhì)材料。

　　Veith解釋道：“當電動車發(fā)生碰撞事故時，該材料會發(fā)生相變，使其難以被穿透。”這項特質(zhì)或許能夠解決近期特斯拉電池起火的問題。而其團隊目前面臨的問題是：增加材料的響應性能。Veith說：“如果其在電動車發(fā)生碰撞的5分鐘后才發(fā)生相變，那么這將沒有任何意義。”