電池測(cè)試：阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家埃琳娜·蒂莫菲娃 ( Elena Timofeeva ) 正在建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試一種液體電極。

一種新型電池在研究者們所稱的“充電燃料”—— 即液態(tài)形式的電極中儲(chǔ)存能量。其成就是既可以像傳統(tǒng)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(fā)這項(xiàng)技術(shù)的研究者們稱，這種材料理論上可以允許一輛電動(dòng)汽車一次充電行駛 500 英里（約合800公里），是現(xiàn)在大多數(shù)電動(dòng)汽車行駛距離的5倍。這項(xiàng)技術(shù)由阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和伊利諾伊理工學(xué)院開發(fā)。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(tǒng)電池充電站也需要 1 小時(shí)來完全充電。

有限的行駛距離和長充電時(shí)間是電動(dòng)汽車的兩項(xiàng)最大挑戰(zhàn)。液體電池電極可以通過提升電池組的帶電量，來實(shí)現(xiàn)更長距離行駛，而且得益于需要較少的非能源儲(chǔ)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(jìn)研究計(jì)劃署 (ARPA-E) 的項(xiàng)目經(jīng)理劉平說，使用液態(tài)電極的電池也比傳統(tǒng)的更安全。正負(fù)電極材料將存儲(chǔ)在分開的儲(chǔ)罐里，而不是像傳統(tǒng)電池一樣在同一個(gè)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(xiàng)技術(shù)，宣布資助四個(gè)開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的團(tuán)體。除了伊利諾伊的項(xiàng)目，ARPA-E 還在支持通用電氣、國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，以及麻省理工學(xué)院分拆出的 24M 公司。

伊利諾伊研究者們目前展示了一個(gè)小型的“半單元”電池，使用了一個(gè)液體電極和一個(gè)固體電極。對(duì)于他們上個(gè)月開始的 340 萬美元 ARPA-E 資助項(xiàng)目，他們計(jì)劃建造一個(gè)正負(fù)電極都使用液體的原型。這個(gè)電池將能夠儲(chǔ)備1千瓦時(shí)的能量，足夠行駛幾英里。

在傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的電池中，一個(gè)電池組里高達(dá) 75% 的材料，由不儲(chǔ)存能量的組件構(gòu)成，包括電池封裝、傳感器、電連接器、冷卻系統(tǒng)等。通過液體儲(chǔ)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(guān)鍵在于從用于提取能量，產(chǎn)生電流的結(jié)構(gòu)中分離儲(chǔ)能材料。在傳統(tǒng)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(dòng)產(chǎn)生電流。如果你想儲(chǔ)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(chǔ)在儲(chǔ)罐里，并被泵過一個(gè)相對(duì)較小的設(shè)備來交互和發(fā)電。增加儲(chǔ)能只需制造更大的儲(chǔ)罐，發(fā)電的裝置可以保持相同的大小。儲(chǔ)罐越大，發(fā)電設(shè)備占總體積的比例就越小。

液體電極已經(jīng)存在了一段時(shí)間，例如作為一種叫流體電池的設(shè)備的一部分，但它們通常把能量儲(chǔ)備在稀溶液中，用于汽車就顯得體積過大。一些電池?fù)碛腥刍姌O，更適合靜止的用途。每個(gè)ARPA-E項(xiàng)目都致力于設(shè)法將液體的能量密度增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。麻省理工學(xué)院分拆出的 24M 公司是這一領(lǐng)域的先驅(qū)，已經(jīng)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(zhàn)是令實(shí)際電池達(dá)到足夠高的導(dǎo)電性。

伊利諾伊的研究人員有一個(gè)類似的方法。他們強(qiáng)調(diào)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(dòng)，這得益于如此小尺寸顆粒的特殊性質(zhì)。他們還開發(fā)了一種新的方法從粒子提取電流，并希望這將使得他們?cè)黾与妼?dǎo)率。直到他們完成專利申請(qǐng)前，這一技術(shù)的細(xì)節(jié)是保密的。

液體電極電池確實(shí)有一些潛在的缺點(diǎn)。納米粒子會(huì)快速降解，研究人員才開始設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。他們需要設(shè)計(jì)一種方法來有效地泵過材料，并廉價(jià)生產(chǎn)電池。通過把新材料重裝儲(chǔ)罐來為汽車充電需要安裝新的基礎(chǔ)設(shè)施，其價(jià)格或許很昂貴。

同時(shí)，傳統(tǒng)電池價(jià)格將繼續(xù)下降，而技術(shù)的革新可以使它們迅速充電。