撰文 / 馬曉蕾

編輯 / 張 南
設(shè)計 / 杜 凱

來源 / 經(jīng)濟學人，作者：George Wylesol

說到電子產(chǎn)品，如今人手一部手機，基本上使用一年左右，電池就開始退化，充電頻率會越來越高，從最初的一天一充，到后面的一天幾充。這很麻煩，不過也好解決，手機換電池很便宜，或者等出了新款，直接買一個新的。

但一輛電動車就沒這么簡單了，相較于手機而言，電動車基本都造價不菲，電池是其最昂貴的部件，約占一輛普通中型車的30%。電池的老化不僅增加了電力耗盡使司機半路擱淺的風險，還會讓一輛二手電動車迅速貶值。

為了讓買家安心，汽車制造商為他們提供電池質(zhì)保，通常為8年或約20萬公里。但現(xiàn)在，生產(chǎn)商們計劃走得更遠，推出"百萬英里"（160萬公里）電池。

為多家汽車制造商供應(yīng)電池的中國巨頭企業(yè)寧德時代的老板曾毓群在6月表示，他的公司準備開始生產(chǎn)可使用16年或200萬公里的電池。

埃隆·馬斯克（Elon Musk）曾暗示，他的特斯拉正在研發(fā)一款百萬公里電池。有傳言稱，這款電池可能會在9月亮相。

而在底特律，通用汽車正處于開發(fā)先進電池的最后階段，該公司稱其具有與上述兩者類似的長壽命。

往返月球兩次

"百萬英里電池是一個偉大的口號。"位于芝加哥附近的阿爾貢國家實驗室儲能研究聯(lián)合中心主任喬治·克拉布特里（George Crabtree）說，"百萬英里電池的意義不單單是讓你行駛一百萬英里。"

人們無法阻擋電池的老化，定期快充、過度充電和深度放電都會加速它的老化過程。在極端天氣下更是如此。即使把車輛擱置在車庫里，電池壽命也會減少。百萬英里電池的真正意義在于，人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)它而取得的技術(shù)進步會幫助我們應(yīng)對這些問題。

為電動汽車提供動力的鋰離子電池會以兩種方式老化：時間的推移和使用的頻率。電池制造商將與時間有關(guān)的老化稱為"日歷老化"。它是電池制造中使用的一些材料逐漸退化的結(jié)果，這種退化會降低電池的持電能力。

與使用有關(guān)的老化是蓄電池放電、充電循環(huán)次數(shù)的結(jié)果。它是由蓄電池工作時發(fā)生的復雜化學反應(yīng)引起的。其中有些反應(yīng)對電池儲存和釋放能量的過程至關(guān)重要。"但也有一些你無法阻止的副反應(yīng)，其中一些對電池本身是有害的。"喬治博士解釋說。

當電池放電時，陽極上釋放鋰離子，通過液體電解質(zhì)穿梭到陰極。同時，在陽極剝離的電子沿著外部電路向陰極移動，從而為汽車提供動力。離子和電子在陰極重聚，并保持在那里，直到電池接入充電器，整個過程開始逆轉(zhuǎn)。

每一次放電和充電的循環(huán)都會造成電量的損失。鋰屬于活躍金屬，在電池使用過程中很難阻止它被其他化合物所吸附。隨著每個充放電周期的少量分流的增加，儲存能量的元素數(shù)量會相應(yīng)減少。

除此之外，充電速度快于離子被陽極吸收的速度，可能會導致陽極表面形成一層鋰"鍍層"，從而降低其存儲能力。

如果鍍層導致樹枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)展，問題就更大了。這些枝晶從陽極上鍍層特別高的地方伸入電解液中。如果枝晶到達陰極，電池就會短路，導致電池迅速發(fā)熱，并可能起火。其他副反應(yīng)也會產(chǎn)生類似的不良后果。

很難一概而論地說，這些過程會在多大程度上縮短電池的壽命。這不僅取決于電池的使用方式，還取決于電池的制造方式。鋰離子電池有不同的形式和化學反應(yīng)，其中一些在汽車上使用的時間還不夠長，人們無法確定它們的使用壽命。喬治博士說，也沒有任何獨立的測試。

盡管如此，業(yè)界還是有一些經(jīng)驗法則。一旦電池的容量低于其起始值的80%，一般認為它不再適合在汽車上使用。有人估計，鋰離子電池平均每年損耗2%的容量。這可能看起來不多，但當一輛汽車使用了6年的時候，這可能意味著它的使用壽命已經(jīng)過半。

漫長的前行之路

電池技術(shù)一直在進步。通用公司電氣化戰(zhàn)略負責人蒂姆·格雷威（Tim Grewe）表示，獲得電動車使用的直接經(jīng)驗有助于研究人員找到減輕副反應(yīng)的方法。該公司采用遠程"遙感"監(jiān)測的方式來跟蹤電池在汽車中的表現(xiàn)，還從高里程數(shù)司機和生活在沙漠和山區(qū)等極端環(huán)境中的司機那里收回一些電池進行分析。

處理電池中的雜質(zhì)有助于延長電池的壽命。例如，水會與電解液中的鹽類發(fā)生反應(yīng)，形成酸，從而攻擊電極。為了防止這種情況發(fā)生，通用公司開發(fā)了一種添加劑，由一種叫做沸石的材料制成。沸石是一種分子海綿，該產(chǎn)品可用于清除進入電池單元的任何水分。

在鎳鈷錳陰極（一種廣泛用于鋰離子電池的類型）中添加一點鋁，可以節(jié)省電池中最昂貴的成分鈷。鋁還有其他好處，蒂姆補充道。它提高了電池的能量密度，這意味著汽車一次充電可以行駛更遠。它還能使電池壽命更長。

通用汽車將在一種名為Ultium的新型電池中使用這一新型電極，這是它與韓國公司LG化學合作開發(fā)的。Ultium 電池，計劃明年在俄亥俄州的一家工廠開始生產(chǎn)，能為電動汽車提供650公里或更高的單次充電續(xù)航。

相比之下，現(xiàn)在中型電動汽車的續(xù)航里程可能只有400公里。當被問及Ultium是否是百萬英里的電池時，蒂姆回答說："很多客戶都可以獲得這個成績。"

作為一種營銷手段，百萬英里電池將給電動汽車買家，即使是那些永遠不可能把100萬英里提上日程的人更多的信心，讓他們相信他們的電池是強大的。但有些用戶可能真正渴望有如此高的終身續(xù)航里程。

杰夫·達恩（Jeff Dahn）領(lǐng)導著加拿大哈利法克斯達爾豪西大學（Dalhousie University）一個由特斯拉贊助的電池研究小組，他指出，像"機器人出租車"這樣的自動駕駛電動車可以通過24小時不間斷運行來獲得巨大的里程數(shù)。所以，長途貨車和電動巴士也會如此。

有些汽車最終可能不僅僅是交通工具。V2G計劃讓電動車車主將他們的電動車連接到電網(wǎng)，在風和日照充足的時候儲存多余的電力，并在需求高峰期釋放，車主可以從這個過程中賺取差價。這意味著這些“電網(wǎng)緩沖車”即使在不動的時候也會積累大量的充電周期。

百萬英里電池也不是工程師們的愿望極限。下一個目標是用固體電解質(zhì)取代鋰離子的液體電解質(zhì)。這將使離子受到更嚴格的控制，實現(xiàn)更長的行駛里程。這將使200萬英里的電池成為一個可行的目標。如果那一天到來，情況就會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)——汽車的電池將從第一個失效的部件變成最后一個。