电动车超长续航来了！锂硫电池技术取得新突破：能量密度提升两倍

随着人们对能源消耗和环境要求的不断提高，电动汽车已经成为未来发展的主流趋势。据相关数据显示，在过去的“十三五”期间，我国的新能源汽车发展势头迅猛，产销量连续五年位居全球第一。然而，任何新事物的产生都需要经过漫长的阵痛，毋庸置疑，电动汽车在发展中也遇到了很多的质疑和难题。

但值得欣喜的是，近些年，随着电动汽车的迅猛需求，造就了电池技术的飞速发展，特别是今年2月中旬，据日媒报道，艾迪科公司研发的新型锂硫电池取得了新突破：其能量密度比现有的锂电池提升了两倍，续航能力较之前也大幅度提升。那么这种锂硫电池技术究竟是怎么回事？有望在未来大规模推广吗？我国的电动汽车发展现状如何了？

电动汽车的发展史

如今，在车道上，看到绿色牌照的车辆数量在逐年增多，这也让很多人误认为电动汽车是近十多年左右才普及到我们周边的新事物，然而，很多人却不知道，其实电动汽车比燃油车诞生的时间更早。

众所周知，电动汽车是以车载电源为动力来驱动车轮行驶的新能源汽车，换言之，电动汽车中最关键的就是蓄电池。1859年，法国人普兰特发明的铅酸蓄电池为电动汽车的出现奠定了基础。

直到1881年，法国发明家古斯塔夫·普鲁韦研制成功了第一辆带有电源的载人电动汽车，虽然并未获得专利，但这标志着第一辆电动汽车已经诞生。

之后经过了两年的研究，1884年，英国发明家托马斯·帕克研制出了第一辆可以大规模投入生产的电动汽车，这说明了电动车技术具备了广泛运用的可能性。而到了1899年，卡米尔·杰纳茨设计的电动汽车速度突破了100公里/小时，这意味着电力车技术的速度有了重大突破。

于是，到了20世纪初左右，电力汽车的发展进入了顶峰，特别是美国，成为了当时电动汽车保有量最多的国家。据统计，该时期美国由蒸汽驱动的汽车占40%，电力驱动的汽车占38%，汽油驱动的汽车占22%。甚至早在1896年的时候，美国就率先想到了可以为电动汽车提供更换电池的服务。

然而，随着内燃机的改进，电动汽车的续航和充电等难题日夜凸显了出来，并在20世纪三十年代左右，电力汽车几乎就在市场上消失了。但是意外的是，时隔了将近70年左右，也就是进入21世纪，电池技术又迅速崛起，加上地球能源危机和环保要求的提高，电力汽车才又重新回到人们的视野中。

而且近些年，电动汽车的发展势头非常迅猛、产品创新和技术更新层出不穷，越来越多的电动汽车也走进了千家万户。但是，相对于燃油车而言，目前电动汽车的续航里程不足、充电慢、电池寿命短、充电不方便、电池性价比不高等问题，也严重地制约着电动汽车的发展和推广。

总之，要想实现电动汽车技术的飞跃，最大的突破口就在于电池技术，如果能发明出一种蓄电池，充电时间小于30分钟，使用寿命大于10年以上，续航里程大于1000公里以上，电池价格小于5万元，那么电动汽车就有可能会全面取代燃油车，成为人们选车的首选。

电池技术取得新突破，续航暴涨

正是为了实现电动汽车全面普及的远大目标，全世界科学家一直积极致力于电池技术的研发，也不断取得新的突破。特别是目前新研发的锂硫电池，据研究资料显示，这种新型电池在不增加重量的情况下，其能量密度很高、续航能力翻倍。

也就是说，如果硫锂电池可以投入使用，电动汽车续航短的问题就可以得到解决，也就意味着这种电动车完全可以胜任长途旅行，而且随着充电次数的减少，电池的使用寿命也就会得到极大的延长。那么这种新型的锂硫电池到底有何特别之处呢？它未来有望被大规模商用吗？

据权威媒体报道，目前，日本艾迪科公司研发的新型锂硫电池已经测验成功，正在积极与电池厂商进行洽谈、合作，争取在2030年实现电极材料的商业化，从而实现锂硫电池的大规模投产。

而日本艾迪科公司之所以会立下这个目标，是源于它们研发的锂硫电池中有一种新型电极材料，一种由高分子和硫制成的硫化聚丙烯腈，简称SPAN。这种材料的优势在于其硫浓度可以达到48%，比以往的电极材料整整提高了10%左右。也就意味着，在含硫的电极材料中，含硫浓度越高，也就代表蓄电量越大。

据目前日本艾迪科公司实验的数据显示，这款新型的锂硫电池的能量密度可以达到500Wh/kg以上，比常规的锂电池的能量密度提升两倍左右。而且锂硫电池虽然含有锂，但是最大的突破就是它可以用硫替代钴、锰等稀有的金属，从而大大降低了电池的成本。

也就是说，如果这种新型锂硫电池真的能够运用到电动汽车上，那么电动汽车不仅可以实现超长的续航能力，而且电池的成本也会随之降低，从而让电池的性价比实现最优化。

然而，理想很美好，现实很骨感。这种拥有新型电极材料的锂硫电池，虽然有诸多的优点，但电池的循坏寿命只有几十次。这也就成了目前制约锂硫电池大规模商用的最大短板，而关于如何提升锂硫电池的循坏寿命，学术界也正在紧锣密鼓地努力着。

近日，据密歇根大学在学术期刊上发布的文章显示，它们研究出了一种可以延长锂硫电池寿命的新方法，即使用一种仿生膜（由凯夫拉纤维制成）把负极部门的锂离子与正极的多硫化物分隔开。从而实现锂硫电池在兼顾蓄电大容量的同时，最大限度地延长电池的循环使用次数，而且在电池快充的情况下，也可以保证1000次左右的循坏使用寿命。

与此同时，澳大利亚墨尔本莫纳什大学也在学术期刊中推出了一种新型锂硫电池中间层的方法。据说这个中间层可以有效阻止多硫化物（一种导致电池迅速恶化和分解的化学物质）在电池中的移动，从而可以实现锂硫电池多达2000余次的充放。

当然，目前学术界针对锂硫电池的短板，提出的这些方法，虽然有充足的理论和实验数据，但是能不能实现大规模商业化仍然是一个未知数。

新型电池不断升级，“电动中国”正在建设

在世界各国不断研究和改进新型电池的同时，近些年，我国的新型电池也层出不穷，“电动中国”的步伐也在紧锣密鼓地建设中。特别是在中国锂电池第一人—陈立泉老先生的带领下，我国研发出的新型纳米硅锂电池问世了。

据陈立泉院士的团队介绍，这种纳米硅负极材料是他们团队经过了二十多年的研究后，才自主研发的新材料，其电池容量比传统的石墨锂电池高出了5倍左右。而且值得欣慰的是，这种硅负极材料已于2017年投入了量产，目前江苏溧阳的工厂所产的锂离子电池硅负极材料可以达到2000吨左右。

也就是说，目前硅负极材料作为提升锂电池能量密度是未来的大趋势，但是关于这种硅负极材料如何解决锂电池安全、循环寿命等问题，目前仍在研发和改进中。而据李泓教授（陈立泉的学生）介绍，目前最有效的解决方案就是固态电池技术的研制。

而就目前来看，我国研制的固态锂电池无人机，续航能力比同规模无人机提升了20%左右，但李泓教授介绍，目前我国的固态电池技术还处于不成熟阶段，研制的固态锂电池只能算是在液态锂电池技术上不断优化的类固态电池。

换言之，如果我国要想实现电动汽车的续航里程更长、循环使用寿命更长等属性，还需要研制更安全、更大容量的全固态电池才可以。对此，各位你们是怎么看的呢？

下一代锂电池如何防止短路

随着专家们不断突破电池配置的极限，试图将越来越突出的力和能量的测量值放入一个给定的空间或重量中，正在考虑的另一个有希望的创新是锂粒子电池，它在两个端子之间使用一种强电解质材料，而不是普通的液体。

尽管如此，这样的电池已经被一种称为枝晶的金属树枝状突起的倾斜所折磨，从长远来看，这种突起会连接电解液并使电池短路。目前，MIT和其他地方的分析人士已经找到了阻止这种枝晶发展的方法，有可能释放这种新型强大电池的能力。

蒋澄清说，强大的国家电池在相当长一段时间前就开始寻找创新，原因有两个：健康和能源厚度。不管怎样，他说，“唯一能达到能量密度的方法是利用金属阳极。”虽然将金属终端与液体电解质耦合起来仍然可以获得很高的能量厚度，但这并不能提供与强电解质类似的安全优势，他说。

他说，强状态电池只不过是金属端子的好兆头，然而树突的发展阻碍了培育这种电池的努力，树突最终克服了两个阴极板之间的任何障碍，并使电路短路，使电池中的电池衰弱或失活。

研究发现，电流越大，枝晶的形成越快，这对快速充电有很大的吸引力。到目前为止，在测试强状态电池时所获得的电流密度远远低于功能性商用电池所需的电流密度。然而，蒋说，这种保证值得追求，因为在这种电池的试验变体中可以储存的能量现在几乎是普通锂离子电池的两倍。

该小组通过在强流状态之间进行权衡来解决枝晶问题。他们制作了一个半固态阴极，与强电解质材料接触。半固态终端在界面上提供了一种自我修复的表面，而不是一种易碎的表面，这种表面可能会引发微小的断裂，从而使潜在的种子产生枝晶。

这种想法是由测试高温电池引起的，其中一个或两个阳极由液态金属组成。正如这篇论文的主要创作者帕克所指出的，液态金属电池的多度温度对于一个多功能的电子设备来说永远都不可能是合理的，然而这项工作表明，流体界面可以在没有枝晶排列的情况下产生高电流密度。”帕克说：“这里的灵感来自于培养阳极，这种阳极依赖于精心挑选的复合材料，呈现出一个流动的阶段，可以作为金属终端的自我修复部分填充。”。

他澄清说，这种材料比液体更坚固，但看起来像牙科专家用来填充一个洞的组合坚固的金属，但同时准备好流动和成型。在电池工作的标准温度下，对于这种由钠和钾混合而成的情况，“这不是一个既有强级又有流体级的系统”。蒋说，研究小组证明，在不形成任何枝晶的情况下，以比使用强锂高出数倍的电流运行框架是可行的。接下来的阶段是用一个真正的含锂阳极来模拟那个展览。

在第二种形式的强电池中，研究小组在强锂阴极和强电解质中间呈现出一层薄薄的液态钠钾混合物。他们表明，这种方法同样可以克服枝晶问题，提供了一种选择性的方法来处理额外的探索。

蒋说，这种新的方法可以不费吹灰之力地调整，以适应全世界专家正在研究的各种强状态锂电池。他说，该小组的下一阶段将是展示目前的框架对各种电池型号的适用性。卡内基梅隆大学机械设计系的Co说：“我们想解释一下这种方法来处理任何一个强大的国家锂粒子电池。我们认为它很有可能在电池改进中得到迅速的应用，应用范围很广，从手持设备到电动汽车再到电动飞行。

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