創(chuàng)造一種足以強(qiáng)大到一次充電就可讓電動(dòng)汽車跑上300英里（約合483公里）的電池會(huì)帶來極高的經(jīng)濟(jì)利益。當(dāng)前誰在沖刺？日本、韓國(guó)、中國(guó)還是美國(guó)？

美國(guó)媒體近日稱，世界上并沒有太多的發(fā)明可以帶來非常大的益處，同時(shí)幫助制造者在這一過程中暴富。但是美國(guó)某知名網(wǎng)站記者表示，一種超級(jí)電池將改進(jìn)鋰離子電池，從而讓電動(dòng)汽車成為主流，而它就屬于上述這種發(fā)明。將其引入市場(chǎng)的人可能會(huì)獲得高達(dá)3000億美元的收益，而我們將乘坐全電動(dòng)的車輛行駛在公路上，逐步呼吸到污染減輕的空氣。

在《發(fā)電站》一書中，萊文追蹤了兩條敘事線：阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（萊文稱該機(jī)構(gòu)的科學(xué)家是世界上的“電池天才”）的電池項(xiàng)目和像恩威系統(tǒng)公司（首家獲準(zhǔn)使用阿爾貢材料的公司）這樣的硅谷初創(chuàng)企業(yè)。這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的研究人員在競(jìng)相打造一種足以確保合同和數(shù)十億美元的首次公開募股的產(chǎn)品。

自索尼公司1991年推出商業(yè)化的鋰離子電池，豐田公司在1996年推出節(jié)能環(huán)保汽車普銳斯以來，電池創(chuàng)新一直乏善可陳。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬和中國(guó)一位高官都曾公開承諾，2015年將讓100萬輛電動(dòng)汽車上路。盡管中國(guó)2014年的電動(dòng)汽車銷量猛增，但是這兩個(gè)國(guó)家今年都無法完成這一目標(biāo)，不過從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，雙方仍然會(huì)致力于實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

萊文指出，重要的是要記住，無論是電動(dòng)汽車還是超級(jí)電池都不是既成事實(shí)。他說：“不要因?yàn)槲覀兿胍鼈儯耀@益如此之大，就意味著它們將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。”要想收獲紅利，這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的所有利益攸關(guān)者都需要重新思考他們的假設(shè)。對(duì)于阿爾貢的電池項(xiàng)目主管杰夫·張伯倫和他的同事們來說，這意味著承認(rèn)他們需要一個(gè)新的路線圖，以便從“原子層面理解（電池的）科學(xué)”，并且從那里著手。

萊文認(rèn)為，對(duì)于商業(yè)界和政府人士來說，重新思考這些事情意味著，整理出一種參與的格式，“拋棄我們對(duì)違反自由市場(chǎng)理念的敏感性，提出一個(gè)涉及行業(yè)和發(fā)明家的知識(shí)共享模式”。有行業(yè)預(yù)測(cè)說，從現(xiàn)在起的25年里，電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、天然氣汽車和混合動(dòng)力汽車僅會(huì)占市場(chǎng)5%的份額。萊文認(rèn)為這種預(yù)測(cè)十分“魯莽”。他說，頁(yè)巖油和天然氣就是兩個(gè)改變游戲規(guī)則的例子，而當(dāng)初沒有人預(yù)測(cè)得到。

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如果一輛電動(dòng)汽車只需花8分鐘充一次電就能行駛上千公里，人們還需要排放尾氣污染的傳統(tǒng)汽車嗎？目前電動(dòng)汽車離這個(gè)目標(biāo)還差得很遠(yuǎn)，但如果一種被稱為“超級(jí)電池”的石墨烯聚合材料電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這個(gè)目標(biāo)或許可以達(dá)到。

市面上在售的電動(dòng)汽車中，即使性能最強(qiáng)悍的特斯拉ModelS，其高配版能實(shí)現(xiàn)的最大續(xù)航里程也只有502公里，約是傳統(tǒng)汽車的一半。而國(guó)內(nèi)一些相對(duì)便宜的小型電動(dòng)汽車，多數(shù)續(xù)航里程還只停留在300公里以下的水平。再加上充電時(shí)間過長(zhǎng)，很難不讓車主患上“里程焦慮癥”。

這些電動(dòng)汽車多數(shù)以鋰電池為動(dòng)力，主要是鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池三種。鈷酸鋰電池能量密度最高，但高溫下最不穩(wěn)定，其他兩種能量密度不高。這些缺陷嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的續(xù)航和充電性能。因此業(yè)界一直期盼“超級(jí)電池”的出現(xiàn)來改變這種窘迫的現(xiàn)狀。

石墨烯或許能提供一個(gè)可行的答案。2004年才誕生的石墨烯是目前已知材料中最薄的一種，僅有一個(gè)碳原子厚，并且具有優(yōu)異的性能。作為電導(dǎo)體，它和銅具有同樣出色的導(dǎo)電性，作為熱導(dǎo)體，它比目前任何其他材料的導(dǎo)熱效果都好。

如果使用這種材料制作電池，理論上電池重量能比傳統(tǒng)鋰離子電池減半，厚度也會(huì)大幅縮小，儲(chǔ)電量高出數(shù)倍，并且按照美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院研究人員估算，石墨烯陽極材料比鋰離子電池中常用的石墨陽極充放電速度要快10倍。

西班牙這方面的技術(shù)發(fā)展目前處于比較領(lǐng)先的地位，當(dāng)?shù)匾延卸嗉覄?chuàng)業(yè)公司致力于相關(guān)研發(fā)。不久前媒體關(guān)注的一則消息稱，西班牙一家企業(yè)與當(dāng)?shù)卮髮W(xué)合作開發(fā)出新型石墨烯電池，如用于電動(dòng)汽車，只需8分鐘就能完成一次充電，續(xù)航里程可達(dá)1000公里。

石墨烯聚合材料電池這么好，是否意味著燒油的汽車就要被“超級(jí)電池”汽車淘汰？這倒是未必。

電動(dòng)汽車要想真正取代傳統(tǒng)汽車，除充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，電池的生產(chǎn)成本也需要大幅降低。石墨烯已被各大工業(yè)國(guó)列為重要材料進(jìn)行深度開發(fā)，但相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)直到2010年才相對(duì)成熟，至今還處在比較初級(jí)的應(yīng)用階段。尤其是能讓電池體積和重量大幅縮小的單層石墨烯材料，其成品率很低，生產(chǎn)成本則偏高。

此外，像特斯拉這樣的電動(dòng)汽車領(lǐng)導(dǎo)廠商已投巨資建設(shè)鋰電池工廠，因此短期內(nèi)很難再投資開發(fā)一種全新電池。或許更現(xiàn)實(shí)的做法是利用石墨烯的特性提升現(xiàn)有鋰電池性能。有市場(chǎng)傳聞?wù)f，特斯拉準(zhǔn)備推出的轎跑很可能使用石墨烯技術(shù)來強(qiáng)化鋰電池的性能。

另一方面，目前全球在電池領(lǐng)域的研發(fā)不僅限于石墨烯，比如日本就在研發(fā)利用鎂生產(chǎn)性能更高、成本更低的蓄電池；瑞典有機(jī)構(gòu)正研究利用碳纖維來提高鋰電池的性能。但這些新技術(shù)還需要多年才可能真正實(shí)用化。

電動(dòng)汽車確實(shí)為人們出行提供了更多選擇，但總體上，電動(dòng)汽車還遠(yuǎn)未到取代傳統(tǒng)汽車的地步。電動(dòng)汽車的購(gòu)置成本相對(duì)傳統(tǒng)汽車沒有任何優(yōu)勢(shì)，唯一的競(jìng)爭(zhēng)力就是充電成本比加油低，但如果油價(jià)一直維持在低位，加上充電站覆蓋的區(qū)域與加油站相比實(shí)在少得可憐，就難以打動(dòng)大部分消費(fèi)者。所以，迄今傳統(tǒng)汽車的銷量并未受太大影響。

對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)來說，除電池的技術(shù)革新，還要盡快統(tǒng)一充電標(biāo)準(zhǔn)，并推動(dòng)充電樁的大規(guī)模建設(shè)，只有這樣才能打消用慣傳統(tǒng)汽車的消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車揮之不去的疑慮。

【延伸閱讀】電池產(chǎn)業(yè)將達(dá)860億美元“超級(jí)電池”不再遙遠(yuǎn)

西媒稱，移動(dòng)技術(shù)專家正致力于研發(fā)更耐用，充電時(shí)間更短的超級(jí)電池。

西班牙《趣味》月刊2014年11月號(hào)的文章說，能量，無所不在：車載衛(wèi)星定位儀、智能手機(jī)……一切改變了人際關(guān)系的移動(dòng)設(shè)備都取決于電池是否更加耐用，以及是否能更有效地分配能量。要想做到這一點(diǎn)其實(shí)很難。事實(shí)上電池恰恰是這些高科技產(chǎn)品的致命弱點(diǎn)。近年來電池的續(xù)航能力已經(jīng)大大提高，但依然滿足不了各種便攜式設(shè)備的需求。聯(lián)想P780智能手機(jī)一次充電可保證持續(xù)使用43小時(shí)，一次通話所用的電量少于上網(wǎng)瀏覽或看一部電影所用的電量，但這樣的電池性能依然不夠完美。

美國(guó)阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)研究顯示，現(xiàn)在的一塊鋰電池所提供的電量已經(jīng)是1991年時(shí)的一塊鋰電池的1倍。但問題在于這樣一塊鋰電池的功率很大程度上卻取決于它的大小。從根本上說，以當(dāng)前技術(shù)而言，更強(qiáng)的電池性能通常意味著更厚、更沉，甚至外形也和普通的不一樣。盡管如此，很多研究人員仍然堅(jiān)信我們正在接近極限。

是不是注定了我們必須在美觀與續(xù)航能力之間作選擇？我們是不是必須無時(shí)不刻都帶著充電器？一些移動(dòng)設(shè)備專家認(rèn)為，不出幾年移動(dòng)設(shè)備的電池設(shè)計(jì)方面就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，石墨烯的采用或鋰空氣電池的研發(fā)將讓現(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備的性能提高數(shù)倍。

另一些人則質(zhì)疑，這些進(jìn)步與當(dāng)前掌握的技術(shù)之間還距離甚遠(yuǎn)。美國(guó)伯克利勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)所的化學(xué)工程師埃爾頓·凱恩斯設(shè)計(jì)的電池僅有一枚硬幣大小，采用的是鋰、硫磺和氧化石墨烯等易獲取的材料，儲(chǔ)存的電量是傳統(tǒng)電池的2到5倍。此外，凱恩斯和他領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行了1500次的充放電試驗(yàn)后證實(shí)，這種電池僅僅喪失了不到一半的儲(chǔ)電能力，這是目前最好的鋰電池才能達(dá)到的水平。

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室梁誠(chéng)篤（音）研究員也利用了硫替代傳統(tǒng)電池采用的液態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)會(huì)通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導(dǎo)，但使用壽命短。新的設(shè)計(jì)方法首先合成出一種富含硫的新物質(zhì)，并將其作為電池的陰極，隨后再將其同由鋰制成的陽極和固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合在一起，便制造出這種能量密度較大的全固態(tài)電池。固態(tài)電解質(zhì)不僅消除了硫溶解的問題，還避免了與鋰金屬接觸，所以安全性更高。新的固態(tài)電解質(zhì)電池的能量密度是鋰離子電池的4倍。

麻省理工學(xué)院的化學(xué)物理學(xué)家阿馬多爾·梅嫩德斯·貝拉斯克斯選擇的是另一種辦法。2012年他展示了采用熒光分子材料制成的電池，將熒光分子安裝在電子設(shè)備的屏幕上，使其能捕捉光輻射，再將其散發(fā)出去。這項(xiàng)刊登于英國(guó)知名雜志上的科研成果指出，利用這一技術(shù)可以充分采用環(huán)境光為移動(dòng)設(shè)備提供能量。

梅嫩德斯指出，如果采用太陽能，移動(dòng)設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)自我充電，一次充電的續(xù)航能力也會(huì)大大提升。更好的是，這一發(fā)明還能有利于能量循環(huán)回收，這也能提升電池的使用壽命。這是一個(gè)非常有必要考慮的問題，因?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備僅屏幕就會(huì)耗掉將近90%的電量。

雖然提升電池的續(xù)航能力，或減小耗能似乎是一個(gè)非常好的切入點(diǎn)，但這個(gè)問題其實(shí)還可能從另外的角度來解決，比如縮短充電時(shí)間。在這方面，碳納米管發(fā)揮著決定作用。從幾年前開始技術(shù)界就在研究采用碳納米材料的可能性。碳納米管的耐用性是最好的鋼材料的數(shù)百倍，重量更輕，而且還能縮短充電時(shí)間。

加州大學(xué)河濱分校的一組科研人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，一次充電時(shí)間只需要大約10分鐘。

在縮短充電時(shí)間問題上，以色列的StoreDot科技公司更勝一籌。在微軟ThinkNext大會(huì)上，這家在特拉維夫大學(xué)納米科技研究中心的基礎(chǔ)上新創(chuàng)辦起來的公司的負(fù)責(zé)人展示了他們新研發(fā)的充電技術(shù)。使用這個(gè)充電器，一部即將因電量不足關(guān)機(jī)的三星GALAXYS4手機(jī)充滿電的時(shí)間只需要30秒。這一充電設(shè)備采用的是由肽分子組成的生物半導(dǎo)體材料。研究人員將這些納米級(jí)的晶體加入到一種特殊的作為電解質(zhì)的溶液中。

試驗(yàn)似乎已經(jīng)證實(shí)了這一新技術(shù)能夠制造出更強(qiáng)大的電池，并縮小體積。公司創(chuàng)始人多龍·邁爾斯多夫認(rèn)為，這一技術(shù)進(jìn)步將推動(dòng)移動(dòng)設(shè)備行業(yè)真正的革命。如果這一技術(shù)能被采用，預(yù)計(jì)超級(jí)充電設(shè)備將在2016年進(jìn)入批量生產(chǎn)。

可以肯定的是，未來幾年電池市場(chǎng)將不再是鋰電獨(dú)霸天下。從鋰這種金屬中可以獲得鋰鹽作為電解質(zhì)。全世界鋰的儲(chǔ)量大約為4000萬噸，但通常鋰鹽濃度較低。據(jù)美國(guó)國(guó)家地理協(xié)會(huì)估算，全球僅有約1300萬到1800萬噸的鋰可以商用。

全球最主要的鋰儲(chǔ)量位于玻利維亞、阿根廷和智利之間形成的三角地帶，而且南美洲還有大量未探明儲(chǔ)量。在北美、非洲和亞洲地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了鋰礦。2010年阿富汗宣布發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的鋰礦。

但是這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。隨著電動(dòng)汽車和各種電子設(shè)備的大量應(yīng)用，全球?qū)︿嚨V的需求也將大大增加。瑞士信貸銀行的報(bào)告預(yù)計(jì)，全球鋰需求量正在以每年12%的速度上漲。一些專家認(rèn)為幾十年內(nèi)鋰礦就會(huì)出現(xiàn)匱乏。但是現(xiàn)在，世界正在變得越來越智能和移動(dòng)化。美國(guó)從事全球市場(chǎng)調(diào)研的盧辛特爾咨詢公司的另一項(xiàng)研究報(bào)告指出，2018年電池產(chǎn)業(yè)將成為一個(gè)規(guī)模達(dá)到860億美元的巨大的全球市場(chǎng)。

讓電池用得更久的小建議：

·不要總是等到耗光所有電量再充電，也不要永遠(yuǎn)充滿電，這反而會(huì)縮短電池的使用壽命。電池的使用壽命通常為3到5年。

·避免移動(dòng)設(shè)備過熱，過熱會(huì)降低電池的續(xù)航能力。

·如果移動(dòng)設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)閑置，最好總是保持一半的電量。完全關(guān)機(jī)或電池電量為零有可能導(dǎo)致它永遠(yuǎn)不再工作。

·使用合適的充電設(shè)備。最理想的就是使用電壓和電流強(qiáng)度都與原始設(shè)備相同的充電器。