电池效率竞赛

让我们用手机做个比喻。20 世纪 80 年代中期，最初的摩托罗拉 "砖头手机 "重达近一公斤，充电时间长达 10 个小时，而且只能通话 30 分钟就没电了。 

iPhone 15 重量不到四分之一公斤，一个半小时就能充满电，一些测试表明它能让你连续聊天约 25 个小时。此外，你还可以随身携带强大的计算能力，即时访问世界上的所有信息，以完美像素和 4K 视频捕捉你的午餐，以及流畅播放最新的《死侍》电影。 

好吧，虽然中间间隔了 40 年，但你还是能明白其中的要点。别忘了，在当今时代，科技成就的提升呈指数级加速。

锂离子电池会越来越好

锂离子电池目前在电动汽车市场上占据主导地位，但它们依赖于从地球上开采出来的稀有金属，开采过程成本高昂且具有破坏性，它们会使我们的汽车变重，在数年内可能会降解，充电需要相当长的时间，使用易燃电解质，而且一旦损坏，很容易发生热失控火灾。 

40 年后，你可以想象工程师们在想，我们为什么要使用如此原始的储能设备。尽管如此，我们还是取得了进步。2010 年，锂离子电池的能量密度约为 150 瓦时/千克，现在大约是原来的两倍--这意味着储存的能量更多，等同于更强的动力和更长的行驶里程。 

我们已经有了一次充电可行驶 500 公里或更远的汽车，而十年前仅能行驶 150 公里，充电时间也普遍缩短至 30 分钟左右。同时，电池化学、结构和外壳方面的进步使锂离子电池组更加安全耐用。 

此外，硅阳极正在开发中，以取代石墨阳极，因为硅阳极储存实际锂离子的能力要大得多，理论上可多达石墨阳极的 10 倍！ 

毫无疑问，在未来数月或数年内，这些电池将在短期内得到进一步的大幅改进。不过，在提高电池效率的竞赛中，也会出现令人兴奋的新选择！

钠离子电池拥有丰富的资源

钠是地球上第七种最丰富的元素，而且更便宜！钠离子电池也不需要钴或镍（稀有金属，其提取会引发道德和环境问题）。 

由于钠离子在电解质中的移动速度更快，因此充电速度也更快，据称这种电池只需 10-15 分钟就能充到 80% 的容量。它们的热稳定性也更高，从而降低了过热和起火的风险。 

不过，这种电池的能量密度低于锂离子电池，与储存的能量相比，会更重、更笨重，这可能意味着行驶里程更短。由于硬碳等阳极材料降解较快，其使用寿命也可能缩短。 

即便如此，研发的不断进步仍将提高续航里程和耐用性，中国第一批使用钠离子电池的电动汽车已经投产，由亿纬锂能和 JMEV 制造。

坚实的事态发展

固态电池会是下一个风口吗？固态电解质而不是液态或凝胶状电解质不易燃，可降低火灾风险。因此，电解质本身可以由陶瓷和聚合物等各种材料制成。 

因此，能量密度可提高两到三倍，使电池更小、更轻，一次充电可行驶 1000 多公里！此外，这种电池充电速度更快，寿命更长，不易出现锂离子电池的衰减现象。 

听起来很完美，对吗？但是，材料和制造工艺比较复杂，成本较高，而且有些固体电解质在低温下性能较差，这在寒冷的冬天并不理想。此外，这些产品尚未面世，很可能要等上数年而不是数月。 

尽管如此，几家制造商仍在争先恐后地进入市场。丰田、本田和日产都承诺最迟在 2028 年推出新的电池技术，日本在这方面似乎尤其领先。其他公司包括福特、宝马和大众汽车，大众汽车支持初创公司 QuantumScape 将固态电池推向市场。 

我们有可能早在 2026 年就开始在一些高端豪华汽车上看到这些新型电池。

其余的：从镁到石墨烯

锂硫电池使用丰富的硫，具有良好的能量密度，但寿命较短，而且随着时间的推移，多硫化物的形成会降低效率。 

铝离子使用铝作为阳极。它不仅是最丰富的金属，而且电池不易过热。要找到一种能与之完美配合的电解液是一项挑战。 

镁离子电池使用镁作为阳极，镁带有双重正电荷，可以储存更多能量。这种材料资源丰富，使用起来也更安全，但同样也存在电解质是否合适兼容的问题。 

石墨烯电池使用单层碳原子，排列成二维蜂窝状晶格。石墨烯具有优异的导电性，充电速度更快，但生产石墨烯成本高昂，工艺复杂。 

大衣里的电池

虽然 "穿外套的电池 "这一概念可能会让人联想到电池被装进河豚夹克，但它实际上指的是电池组件上的先进材料涂层。这些涂层旨在提高性能、寿命和安全性。 

在锂离子电池中，它们可以保护电极免受降解，而在钠离子电池中，它们可以稳定电极材料、提高导电性和热稳定性。即使应用于固态电池，它们也能增强固态电解质与电极之间的界面，进一步提高能量密度和安全性。

虽然目前还不清楚这些新兴技术中的哪一项会占上风，事实上，未来推动电动汽车发展的技术可能不止一种，但显而易见的是电动汽车动力传动系统的技术进步速度。这也标志着在耐用性、安全性、充电时间和行驶里程方面的巨大进步即将到来。