百万英里的电池对电动汽车意味着什么

一位主人知道，大约一年后，电池开始褪色，野兽需要更频繁地充电。这很麻烦，但是手机的电池可以相当便宜地更换--或者把整个手机换成最新的型号。然而，电动汽车是一项更大的投资。电池是其最昂贵的部件，约占普通中型车的30%。除了增加耗尽汽油和导致司机滞留的风险外，劣化的电池还会迅速破坏汽车的二手价值。

为了让购车者安心，汽车制造商会为他们的电池提供保修，保修期通常为8年或20万公里左右。然而，生产商现在正计划走得更远，推出“百万英里”(160万公里)电池。当代安培科技是一家为多家汽车制造商生产电池的中国巨型公司，其老板曾玉群在6月份表示，他的公司已经准备好开始生产续航16年或200万公里的电池。埃隆·马斯克(Elon Musk)暗示，他担任老板的加州电动汽车制造商特斯拉(Tesla)正在研发一款百万英里长的电池。有传言称，这款手机可能会在9月份揭开面纱。而在底特律，通用汽车(General Motors)正处于开发一种先进电池的最后阶段，该公司表示，这种电池具有类似的寿命。

“这是一个很棒的口号；百万英里的电池，”芝加哥附近的阿贡国家实验室能量储存研究联合中心主任乔治·克拉布特里(George Crabtree)说。“但你能开一百万英里这一事实可能并不是最值得关注的相关参数。”撞了一辆车，它的电池会恶化得更快。定期快速充电也会缩短电池寿命，过度充电和深度放电也是如此。在酷热或寒冷的天气开车也无济于事。即使你把车放在车库里，电池寿命也会缩短。百万英里电池的真正意义在于，使其成为可能所需的技术进步也将解决这些问题。

为电动汽车提供动力的锂离子(Li-ion)电池有两种老化方式：随时间变化和随使用变化。电池制造商将依赖时间的老化称为“日历老化”。这是电池制造中使用的一些材料逐渐退化的结果。这种退化降低了电池的充电能力--尽管即使在这里也有可能在一定程度上改善这个问题。例如，让一辆车的电池充满而不是部分充满，可能会增加日历老化的速度。

依赖使用的老化是电池经历的放电-充电循环次数的结果。它是由电池运行时发生的复杂化学反应引起的。其中一些对于电池储存和释放能量的工作至关重要。“但是也有一些你无法阻止的副作用，其中一些是有害的，”克拉布特里博士解释说。

当电池放电时，锂离子(一个电子缺失的锂原子)在一个电极，即阳极上产生。然后，它们通过液体电解质穿梭到第二个电极，即阴极。与此同时，在阳极处剥离的电子沿着外部电路向阴极移动，为汽车提供动力。离子和电子在阴极重新结合，并保持在那里，直到电池插入充电器，过程颠倒。

每一个放电和充电周期都要付出代价。锂的活性如此之高，以至于在电池使用中很难阻止它与其他化合物捆绑在一起。即使每个周期有少量的转移，也会减少可用于储存能量的元素的数量。最重要的是，充电速度快于阳极吸收离子的速度可能会导致阳极表面形成一层锂“镀层”，从而降低其存储容量。

如果电镀导致被称为树枝晶的结构的发展，那么电镀就会成为一个更大的问题。这些是小的指状纤维，从阳极上电镀特别高的点投射到电解液中。如果树枝晶到达阴极，电池将短路，导致其迅速升温，并可能着火。其他副作用也可能产生类似的不良后果。

很难对这些工艺降低电池寿命的程度一概而论。这不仅取决于电池是如何使用的，而且还取决于电池是如何制造的。锂离子电池有不同的形式和不同的化学成分，其中一些在汽车中存在的时间还不够长，人们无法确定它们能持续多久。克拉布特里博士说，也没有任何独立的测试。

尽管如此，该行业还是有一些经验法则。一旦电池的容量降至起始值的80%以下，人们通常认为它不再适合在车辆上使用。一些人估计，锂离子电池平均每年损失2%的容量。这可能看起来不多，但到一辆车6岁时，这可能意味着它的使用寿命已经过半。

电池技术一直在改进。因此，日历和使用相关的生命周期也是如此。电气化战略负责人蒂姆·格雷(Tim Grewe)表示，直接体验电动汽车的使用方式有助于研究人员想出一些方法来减轻一些副作用。该公司采用远程、“远程信息处理”监控，以跟踪其汽车的电池性能，并从高里程司机和那些生活在沙漠和山区等极端环境中的司机那里收回一些电池进行分析。

处理进入电池的杂质有助于延长电池的寿命。例如，水与电解质中的盐反应形成酸，酸攻击电极。为了防止这种情况，已经开发了一种由一种名为沸石的材料制成的添加剂。沸石是分子海绵。的版本用来吸走进入电池组的任何湿气。

在锂离子电池中广泛使用的一种镍钴锰阴极中加入少量铝，可以节省电池中最昂贵的成分钴。但格雷补充说，铝也带来了其他好处。它提高了电池的能量密度，这意味着汽车一次充电可以行驶更远。它还可以使电池续航时间更长。

将在与韩国化学公司合作开发的一种名为Ultium的新电池中使用这些阴极。Ultium电池计划明年在俄亥俄州的一家工厂开始生产，应该能为电动汽车提供650公里或更长的单次充电里程。相比之下，一辆中型电动车如今可能合理地预期续航里程为400公里。当被问及Ultium是否是百万英里电池时，格雷伊回答说，“很多客户都能买到。”

作为一种营销手段，百万英里长的电池将给电动汽车购买者-即使是那些永远不可能把一百万英里计时-更多的信心，他们的电池是强大的。但有些用户可能真的想要这么大的生命周期。

杰夫·达恩(Jeff Dahn)领导着加拿大哈利法克斯达尔豪西大学(Dalhousie University)的一组电池研究人员，他们由特斯拉(Tesla)赞助。他指出，像“机器人出租车”这样的自动电动汽车可以通过全天候运行来积累大量里程。长途卡车和电动公交车也是如此。一些汽车最终可能不仅仅是一种交通工具。让电动汽车车主将他们的老爷车连接到电网的计划正在进行中，这种方式将在风能和阳光充足的时候储存多余的电力，并在需求高峰期释放出来，车主为此收取费用。这意味着这些缓冲电网的车辆即使在不动的情况下也会积累大量的充电周期。

百万英里电池也不是工程师理想的极限。下一个目标是用固体电解质取代锂离子的液体电解质。这将使离子处于更严格的控制之下，并允许更长的行驶里程。这可以使200万英里的电池成为一个可行的目标。如果那一天到来，情况就会发生逆转。从汽车的第一个部件发生故障，它的电池将成为最后一个部件。。

这篇文章发表在印刷版的科技版上，标题为“百万英里汽车电池即将到来”。