800公里液体电池破解电动汽车续航难题

一种新型电池在研究者们所称的“充电燃料”——即液态形式的电极中储存能量。其成就是既可以像传统电池那样再充电，也可以通过注入新的燃料充电，就像加油一样。

本文引用地址：开发这项技术的研究者们称，这种材料理论上可以允许一辆电动汽车一次充电行驶500英里(约合800公里)，是现在大多数电动汽车行驶距离的5倍。这项技术由阿贡国家实验室和伊利诺伊理工学院开发。在一座加油站重装这种燃料只要几分钟。相比之下，即便是最快的传统电池充电站也需要1小时来完全充电。

有限的行驶距离和长充电时间是电动汽车的两项最大挑战。液体电池电极可以通过提升电池组的带电量，来实现更长距离行驶，而且得益于需要较少的非能源储备组件，电池组还更加便宜。

资助这一工作的美国能源部先进研究计划署(ARPA-E)的项目经理刘平说，使用液态电极的电池也比传统的更安全。正负电极材料将存储在分开的储罐里，而不是像传统电池一样在同一个蓄电池单元里。这样可以防止短路和过热，避免锂电池因此着火。

充电燃料正处于初期阶段，但ARPA-E看好这项技术，宣布资助四个开发这项技术的团体。除了伊利诺伊的项目，ARPA-E还在支持通用电气、国家可再生能源实验室，以及麻省理工学院分拆出的24M公司。

伊利诺伊研究者们目前展示了一个小型的“半单元”电池，使用了一个液体电极和一个固体电极。对于他们上个月开始的340万美元ARPA-E资助项目，他们计划建造一个正负电极都使用液体的原型。这个电池将能够储备1千瓦时的能量，足够行驶几英里。

在传统电动汽车的电池中，一个电池组里高达75%的材料，由不储存能量的组件构成，包括电池封装、传感器、电连接器、冷却系统等。通过液体储备能量，至少在理论上可以消除大部分材料，降低电池组的尺寸和成本。

关键在于从用于提取能量，产生电流的结构中分离储能材料。在传统电池中，每一层电极材料都配有一张铝箔和塑料薄膜，以便电子和离子流动产生电流。如果你想储存更多能量，就需要添加更多的铝箔和塑料薄膜。

在新电池中，液体电极将存储在储罐里，并被泵过一个相对较小的设备来交互和发电。增加储能只需制造更大的储罐，发电的装置可以保持相同的大小。储罐越大，发电设备占总体积的比例就越小。

液体电极已经存在了一段时间，例如作为一种叫流体电池的设备的一部分，但它们通常把能量储备在稀溶液中，用于汽车就显得体积过大。一些电池拥有熔化电极，更适合静止的用途。每个ARPA-E项目都致力于设法将液体的能量密度增加一个数量级。麻省理工学院分拆出的24M公司是这一领域的先驱，已经展示了将高浓度的高能量电极粉末悬浮，并从中提取能量的可能性。主要的挑战是令实际电池达到足够高的导电性。

伊利诺伊的研究人员有一个类似的方法。他们强调使用纳米粉末可以以非常高的浓度悬浮，并且仍然容易流动，这得益于如此小尺寸颗粒的特殊性质。他们还开发了一种新的方法从粒子提取电流，并希望这将使得他们增加电导率。直到他们完成专利申请前，这一技术的细节是保密的。

液体电极电池确实有一些潜在的缺点。纳米粒子会快速降解，研究人员才开始设计整个系统。他们需要设计一种方法来有效地泵过材料，并廉价生产电池。通过把新材料重装储罐来为汽车充电需要安装新的基础设施，其价格或许很昂贵。

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