自1780年，人類發明了伽尼爾電池以來，經過200多年的技術進化和產業發展，電池已經廣泛應用于電子產品、通信設備以及汽車領域。自1881年，世界上第一輛以鉛酸電池為動力的三輪車誕生開始，鎳鎘、鎳氫、鋰離子、燃料等各種材料的電池也隨即誕生。
近年來，純電動汽車成為焦點，其最基礎的動力電池在研發速度上也在不斷加快。面對市場上眾多品牌的電動汽車車型，單次充電續駛里程的多少，一直是消費者購買電動汽車的主要衡量標準，甚至“里程焦慮”這樣的詞匯也應運而生。傳統的鋰電池自發明至今似乎并沒有多大的革新，應用在電動汽車上受困于續駛里程短、充電難等而受到詬病。于是，自帶性能光環的很多新型電池便受到了更多的關注。
電池概念百花齊放
自特斯拉走紅之后，幾乎每隔一段時間就會冒出幾篇高科技電池電動車的新聞。各種新型電池開始逐漸走入人們的視線。無論是被稱為可以“革傳統鋰電池的命”的空氣電池、氫燃料電池，還是被冠以“智能穿戴設備救星”之名的固態鋰電池，業內人士對新型電池的討論可謂沸沸揚揚。傳統鋰電池是否會被取代、何時被取代，也成了很多業內人士關注的焦點。新的電池革命似乎馬上就要到來了，實際又如何呢？
各種新概念電池 氫燃料電池：號稱次時代的電池
先來看看日本研發的燃料電池，與普通化學電池相比，燃料電池通過補充燃料續航。眼下較為常見的是以氫氣作為替代燃料，但氫燃料電池不儲能，所以確切地講，應該稱其為“氫發電裝置”。也就是說，氫燃料電池的充電方式其實就是像傳統汽車加油一樣，加注壓縮的液態氫。
燃料電池憑借對環境幾乎無污染而戴上了光環。通過電化學反應，而不采用燃燒（汽、柴油）或儲能（蓄電池）的燃料電池只會產生水和熱。如果氫是通過可再生能源（光伏電池板、風能發電等）產生的，那么整個循環就徹底不排放任何有害物質。氫發電，電機驅動車輛，只要把加油站換成加氫站就可以了。
但氫燃料電池并非“天下無敵”，它也有幾個嚴峻問題要面對：
一是氫氣的來源。氫氣不像氮氣和氧氣在空氣中占比那么大，想得到氫氣需通過電解水，但這個方法并不太經濟，且能量損失極大。電解水耗費了電能，雖產生氫氣，但氫氣在發電過程中還會有能量損失。更重要的是電解水過程的用電是通過燃燒煤獲取，并不環保，與氫燃料電池“無污染”的優點相悖。
二是金屬鉑的稀缺。在氫燃料電池發電過程中需要用到金屬鉑作為催化劑。這是一種比24K金更貴的金屬，產量少，價格高，所以大規模生產氫燃料電池，鉑就是瓶頸之一，且完全沒有規模化后成本減少的效應，反而需求越多越貴。
三是加氫站高昂的建設成本也決定了其在短時間內難以大規模鋪開。以日本為例，一座加氫站的建設費用平均在4.6億日元（合人民幣2364萬元）左右，日本政府最高補貼2.8億日元（合人民幣1439萬元），那么除去政府補貼，建造一座加氫站的成本約為人民幣925萬元。而建設一座普通的加油站僅需200萬元。
“目前燃料電池技術已經可以邁入實用化階段，但加氫站的建設成本將成為一道難關。雖然日本極力推廣氫燃料技術，但離真正的產業化還具有相當的一段距離。”863計劃節能及新能源汽車重大專項總體專家組成員肖成偉如是說。
鋁空氣電池：鋰電池的后備軍
3000公里的旅程，駕駛純電動汽車，能源成本或許會大大下降，這在理論上是可行的。目前，美國鋁業公司與以色列Phinergy公司展示了這樣一種具有超級續駛能力的電池技術：100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量，這種電池無需充電，也無需加注任何燃料，只需每月加注清水即可。相比之下，特斯拉ModelS的電池重量超過500公斤，而行駛里程卻不到500公里。
鋁空氣電池并不是傳統意義上用于多次存儲電能的電池，而是一種釋放電能的化學反應裝置。它的工作原理是活性金屬在水中發生氧化反應釋放能量的過程——通過電解液及特殊的電極材料，將釋放的能量以電能的形式輸出。
所謂“只需加注清水”是針對在電池的生命周期內而言，其本質上消耗的物質是鋁，而不是水。金屬鋁通過不斷被氧化生成氫氧化鋁，從而產生電能。100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量，行駛完3000公里后，電池的壽命就結束了，需要重新安裝，即補充金屬鋁。
眼下，除了鋁空氣電池以外，類似的還有鋅空氣電池、鎂空氣電池等，它們的區別在于根據不同金屬的活性(在水或空氣中發生氧化反應的劇烈程度)不同，所使用的電解液及其他輔助材料略有不同。鋁空氣電池長時間沒有得以在電動汽車領域推廣應用，也是因為存在許多技術上的短板。
首先，鋁空氣電池儲能能力雖不容小覷，但在能量保存方面卻漏洞百出。每一個鋁空氣電池在出廠時背面都貼有封條，電池本身能量保存的奧秘也在于此：在封條完整的情況下，其存放一年后電量仍能保存95%，一旦揭下封條，空氣就會進入并引起化學反應，即使不使用電池，3—12周之內能量也至少會下降50%，而此時即使再貼上封條，其中的能量也會持續快速自消。
其次，雖然目前也有利用鋁空氣電池在汽車上小范圍試用的例子，但動能測試結果卻不盡如人意——鋁空氣電池驅動的汽車最高時速僅為60公里，由于功率不足，基本的爬坡、加速功能完成得也都比較吃力。
如此說來鋁空氣電池就一無是處嗎？其實不然，鋁空氣電池恰恰可以彌補鋰電池續駛不足的尷尬。據悉，有相關部門正在研發讓車輛能夠根據實際路況和車速的不同，靈活選用不同的電池組合加以應對的系統。如果車輛以每小時30至40公里的速度行駛在路況較好的路面時，就使用鋁空氣電池，而碰到爬坡上坎的路面時，就切換到鋰電池提供電力。
從業內人士觀點來看，目前，在汽車領域，以特斯拉為代表的鋰電池短期應該還是主流，未來的發展方向是在現有電池基礎上，增加燃料電池，形成“燃料電池+蓄電池”的混合車載電源。
液流電池：離實用化最近的新概念電池
液流電池是普通的化學電池，它的特點是把正極和負極電解液單獨存放，解決了普通化學電池活性物質利用率的問題，理論上可以有更高的能量密度，而且充放電次數也更多，有非常理想的性能。
液流電池通常包含兩個容器，其中貯存有液體化學溶劑，形成兩個次系統。這兩個次系統間的連接部分，為發電區，以薄膜相隔。這兩種化學溶劑，流動到發電區，隔著薄膜，產生離子交換，透過這種方式來進行充放電。
而對于液流電池，電動汽車廠商nanoFLOWCELL在日內瓦國際車展上已經展出了其最新一代的電動汽車產品QuantF。該車使用nanoFLOWCELL液流電池，最大輸出功率達到驚人的1075馬力，百公里加速僅2.8秒，極速300km/h以上，續駛長達800km。據悉，該車已經獲準在歐洲上路。
“現在全球都比較重視可再生能源，可是由于可再生能源本身具有不連續、不穩定、不可控的特性，因此需要貯存裝置。目前，液流電池被認為是最有發展前景的儲能產品之一，因為它具有設計靈活、規模大、壽命長等諸多優點。”肖成偉評價道。
石墨烯電池：充電8分鐘行駛1000km
什么是石墨烯？石墨烯（Graphene）是一種只有一個碳原子厚度的二維平面薄膜。此前一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在。兩人也因“在二維石墨烯材料的開創性實驗”，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
西班牙Graphenano公司(一家以工業規模生產石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池。按照估算，石墨烯電池比鋰電池的充放電速度要快10倍，其儲電量是目前市場最好產品的三倍，用此電池提供電力的電動車一次充電最多能行駛1000公里，充電時間不到8分鐘。另外，其成本比鋰電池低77%，完全在消費者承受范圍。
肖成偉對于石墨烯的應用前景持肯定態度，“石墨烯的特點是導電速度快，導電性能好。目前很多研究都在實驗，具體哪一塊很難說，不過縮短充電時間等是肯定的。”
毫無疑問，在如今政府新一輪新能源汽車優惠政策的影響下，新能源車的普及也只是時間問題。而與之應用息息相關的電池行業，其發展也會隨之相應提速。各式新型電池層出不窮，從突破技術瓶頸到規模化應用也會在不久的將來成為現實。
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