為何電動(dòng)汽車還沒有普及呢？

鋰離子電池很容易著火，必須使用嗎?閱讀與生活密切相關(guān)的電池知識

假如電池要再次改變我們的生活，有三個(gè)問題要解決:電力、能源和安全。

電動(dòng)飛機(jī)可能成為特種業(yè)的未來。從理論上講，電動(dòng)飛機(jī)比傳統(tǒng)飛機(jī)更安靜、更便宜、更環(huán)保。假如一架電動(dòng)飛機(jī)一次充電就能飛行1000公里，它就能完成當(dāng)今近一半的商業(yè)飛行，并將全球特種碳排放減少15%。

電動(dòng)汽車也是如此。事實(shí)上，電動(dòng)汽車不僅環(huán)保，而且性能更好。電機(jī)噪音小，可以快速響應(yīng)司機(jī)的指令。給汽車充電比燒油便宜多了。電動(dòng)汽車的移動(dòng)部件更少，維護(hù)成本更低。

為何電動(dòng)汽車還沒有普及呢?因?yàn)殡姵靥F了，所以買一輛電動(dòng)汽車的前期成本比買一輛類似的汽油動(dòng)力車要高。除非你一直開車，否則省下的汽油不足以支付你的前期成本。簡而言之，電動(dòng)汽車還不夠經(jīng)濟(jì)。

電池還不能通過重量或體積為客機(jī)供應(yīng)動(dòng)力。人類要在電池技術(shù)上取得突破，才能真正普及。

便攜式電池設(shè)備改變了我們的生活，但電池受到物理定律的限制。在1799年發(fā)明了第一塊電池的兩個(gè)多世紀(jì)后，我們一直在研究它，但科學(xué)家們?nèi)匀徊煌耆私庠O(shè)備內(nèi)部的情況。我們只了解，假如我們想讓電池再次改變我們的生活，有三個(gè)問題要解決:電力、能源和安全。

沒有通用的鋰離子電池

每個(gè)鋰離子電池有兩個(gè)極:一個(gè)陰極和一個(gè)陽極。大多數(shù)鋰離子電池的正極是由石墨制成的，而負(fù)極則由多種材料制成，具體取決于電池的使用場合。從下圖中可以看出不同陰極材料對電池性能的影響。

權(quán)力挑戰(zhàn)

很多時(shí)候，我們把能量和能量混在一起，但是在電池上，這兩個(gè)詞的意思略有不同。功率表示能量釋放的速率。我們稱之為權(quán)力。

假如你想讓一架商用飛機(jī)一次充電飛行1000公里，你要強(qiáng)大的電池，在很短的時(shí)間內(nèi)釋放足夠的能量，尤其是在起飛的時(shí)候。所以，它不足以在電池中儲(chǔ)存很多能量，它必須很快被釋放出來。

假如你想解決電源問題，你要更多地了解一些商業(yè)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們總是大肆宣傳新的電池技術(shù)，重要是因?yàn)槲覀儾魂P(guān)注細(xì)節(jié)。

我們使用的電池中最常見的化學(xué)物質(zhì)是鋰離子。大多數(shù)專家認(rèn)為，沒有其他化學(xué)物質(zhì)能夠在10年或更長的時(shí)間內(nèi)打敗鋰超粒子。鋰離子電池有兩個(gè)電極(陰極和陽極)，一個(gè)隔膜(一種傳導(dǎo)離子而不是電子以防止短路的材料)，一個(gè)隔膜在中間，一個(gè)電解質(zhì)(通常是液體)允許鋰離子在兩極之間來回流動(dòng)。當(dāng)電池充電時(shí)，離子從陰極流向陽極，當(dāng)電池放電時(shí)，離子向相反的方向移動(dòng)。

把它想象成兩個(gè)面包，一個(gè)在左邊是陰極，另一個(gè)在右邊是陽極。讓我們假設(shè)陰極是由鎳、錳和鈷板(NMCS)組成的，陽極是由石墨構(gòu)成的，石墨作為一層又一層的碳原子。

在放電狀態(tài)下，NMC面包夾在鋰離子層之間。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從夾層中被提取出來，并強(qiáng)行通過液體電解質(zhì)。分離器確保只有鋰離子可以通過石墨層。當(dāng)電池充滿電后，陰極就沒有鋰離子了，鋰離子整齊地排列在石墨塊之間。當(dāng)電池釋放能量時(shí)，鋰離子流回陰極，直到陽極沒有鋰離子。那就是我們要重新充電的時(shí)候。

本質(zhì)上，電池的功率是由它處理的速度決定的。加快速度不是那么容易的。假如鋰離子從陰極中提取得太快，就會(huì)損壞陰極層。因此，手機(jī)、筆記本電腦或電動(dòng)汽車使用的時(shí)間越長，電池壽命就越短。每次充電和放電，面包屑都會(huì)變得脆弱。

許多公司正在尋找更好的解決方法。一種想法是用更強(qiáng)的東西代替電極層。例如，瑞士電池公司Leclanche正在開發(fā)一種以鋰鐵磷酸鹽(LFP)為陰極，橄欖狀結(jié)構(gòu)，鈦酸鋰氧化物(LTO)為陰極的技術(shù)