電池技術革新依然遙遙無期 未來著眼于納米工程

　　今后我們可能會使用空氣
　　IBM研究院(IBM Research)科技部主任錢德拉塞卡爾·納拉延是電池500項目(Battery 500 Project)的成員。該項目的目標是，開發(fā)能夠提供行駛500英里路程所需電量的電池。IBM公司自身并不會生產(chǎn)電池，而是與消費類產(chǎn)品制造商開展合作，將這一技術帶到現(xiàn)實中。
　　經(jīng)過多年的努力之后，納拉延看到了鋰-空氣技術的前景，即用汽車自身補給的氧氣取代石墨和其他的金屬。這類電池可以變得更輕，更安全，而且供電時間也更長。但是研發(fā)新的混合物，將它們制成新材料，并檢測其在數(shù)千輛汽車上的安全性，需要花費非常漫長的時間。
　　納拉延說：“目前沒有一個指導性原則顯示，我們能夠年復一年地獲得進步，也沒有捷徑可以走。要得到這種范式，唯有創(chuàng)建一種全新的化學反應，而這一點并非創(chuàng)新所能企及的。”
　　當前，鋰-空氣電池必須克服堵塞、內部腐蝕和穩(wěn)定性問題。即便空氣電池能夠順利地演變?yōu)橐环N可行產(chǎn)品，納拉延認為，在今后，電池技術將不再是“通用型”。“例如，對于電網(wǎng)存儲來說，它或許不是什么好技術。尤其是有尺寸要求的行業(yè)，我們或許很快將看到多種多樣的電池類型。”
　　當前我們能做些什么：降低價格
　　凱特林大學（Kettering University）的凱文·白和周軒（音譯）在實驗室中從事電池行業(yè)研究，但他們的談吐更像是買車人而不是實驗室的書呆子。周軒表示，現(xiàn)今的混合動力車存在多方面的優(yōu)缺點。
　　周軒說：“目前，混合動力的售價是每千瓦時500-600美元，但合理的價格應該是200美元。而且冷卻系統(tǒng)的價格跟電池的價格是差不多的。如果汽車需要6,000美元的電池，那么就需要6,000美元的冷卻系統(tǒng)。”此外，凱文·白指出，這類電池的體積蠶食了本應屬于后備箱或乘坐的空間。兩位科學家也認為，電動汽車不應給人們帶來沉重的財務負擔。
　　但是誰也不知道，哪些現(xiàn)有材料才能構造出最安全、發(fā)熱量最低和重量最輕的電池混合材料，而且其價格要比現(xiàn)有的產(chǎn)品便宜。
　　現(xiàn)今在助聽領域使用的鋅-空氣電池重新激起了人們的興趣，而且尤為重要的一點在于，鋅很容易獲取。鈉-空氣電池也是一樣，成本更低，而且組裝起來更容易，只是潛在功率趕不上鋰-空氣電池。人們還嘗試過用硅來取代石墨和固體碳，但是硅并不便宜。或者，我們可以只專注于改善實驗室和摩托車使用的鋰-鐵電池的成本和性能。
　　凱文·白表示，建造更大規(guī)模的電池廠、開發(fā)更好的電池管理工具以及更加智能的充電電網(wǎng)在很多方面要比等待一兩項新化合物獲得成功更為實在。
　　凱文·白說：“我們實際上離使用全新電池的交通工具還很遠很遠。只有在新材料經(jīng)過10年的測試之后，汽車行業(yè)才能放心使用新材料。”他表示，人們至少要等到2020年才能看見使用鋅-空氣電池的四輪車輛，然后，人們需要更長的時間才能看到這一電池技術的成熟。
　　未來我們能做什么：納米工程材料
　　德克薩斯農(nóng)工大學（A&M University）教授、美國機械工程師協(xié)會（American Society of Mechanical Engineers）能源和可持續(xù)性納米工程小組成員帕沙·穆克荷吉表示，現(xiàn)在還沒到放棄鋰離子電池的時候。我們可能仍會用它，但它將與我們在實驗室中獲得新能力的材料混合使用。
　　納米工程師可能會對電池材料的分子結構進行深入研究，以加速電池單元電壓的產(chǎn)生速度，并提升其轉換效率。電解質攜帶鋰離子的方式可能會發(fā)生改變，以杜絕“交通擁堵現(xiàn)象”，并縮短充電時間。人們可能會設計出更薄、更強大但伸縮依然自如的電池膜，這樣，即便電池受熱膨脹，也不會爆漿。或者一心一意開發(fā)能夠比碳、空氣或任何已知材料吸附更多鋰離子的材料。
　　穆克荷吉說：“我們需要詢問的最根本的問題在于，‘是否可以從頭再來？’。這就是必須解決的中尺度模型。我們是否能增加材料的寬容度，以滿足我們對于電池的訴求？”
　　與此同時：著眼于長遠
　　一年前，伊利諾伊理工大學的塞格雷從美國能源部獲得了340萬美元的獎金，用于開發(fā)汽車用“流體電池”。流體電池將其活性化合物儲存在外部儲罐中，然后流經(jīng)電池結構內部。塞格雷的工作專注于開發(fā)具有足夠活性和能量的液體介質，以抵消液體的重量劣勢。
　　流體電池或許可以應用于汽車和電網(wǎng)，但卻無法適用于手機或筆記本。與其他的研究人員一樣，塞格雷深知，這將是一個漫長的實驗過程，除非研究人員能夠在偶然間發(fā)現(xiàn)幾種能用于電池的不同材料組合。與此同時，“對于大多數(shù)人來說，這是一件尤為痛苦的事情，因為幾年過后，電量沒了，容量也下降了，然而電池供電的電子產(chǎn)品卻在不斷前進。”
　　過去幾十年中，我們一直生活在摩爾定律（Moore's Law）當中。根據(jù)該定律，處理器中的晶體管數(shù)量每兩年會翻一番，而這也說明了技術進步的穩(wěn)定性。我們目前所面臨的局勢是，晶體管尺寸已接近原子水平，芯片無法容納更多的處理器，而且我們對設備中一成不變的電池感到不滿。
　　換句話來說，物理中是沒有應用程序的。金門大學（Golden Gate University）市場營銷教授米蓋爾·安·斯特拉赫維茨表示，這對于深諳技術的消費者來說可能有點難以接受，因為他們已經(jīng)習慣了電子設備每一部件都會定期改良。
   　斯特拉赫維茨說：“適應升級很容易，得到的升級越多，對進一步升級的期望也就越大。在這個電子產(chǎn)品越來越好，性能越來越高的世界中，我們覺得這是我們應享有的權利。我們會問，‘為什么電池不能變得更好呢？’”