特斯拉的电池技术一直是业界关注的焦点。最近，一项研究揭示了特斯拉四年半以来一直在秘密研发的电池技术。这种电池的耐用性可以持续一百年或四百万英里，无需更换，而且可能使电池组更轻。那么，特斯拉是如何做到这一点的呢？首先，我们需要了解电池退化的问题。虽然特斯拉提供15万英里的8年电池保修，但许多汽车在其生命周期中行驶里程超过150,000英里，更换一块特斯拉电池的成本高达22,000美元。此外，电动汽车现在被用于卡车和车辆到电网(V2G)等应用，这些应用都需要电池组的使用寿命更长。为了解决这个问题，特斯拉与达尔豪西大学的JeffDahn教授合作，创建了特斯拉先进电池研究部门。他们的主要目标是让电池寿命更长，同时提高能量密度和降低成本。Dahn教授最近发表了一项研究，展示了他们的成果——一种LiO²电池，其NMC532单晶阴极能够持续400万英里。LiO²电池也称为锂空气电池，与现有的锂离子或LFP电池不同，它使用氧离子而不是锂离子来存储能量。这种新结构可以使锂空气电池的能量密度比任何锂离子电池高五倍。Dahn的电池并没有追求这种高能量密度，而是将其保持在与LFP电池相当的水平，同时保持了与LFP相似的充电速率。这种“额外空间”和中间充电率降低了电池内部的压力，使其具有如此长的寿命。此外，Dahn的团队还使用了单晶NMC532阴极，这种阴极具有更高水平的锰(30％)和钴(20％)，使其更有效。单晶结构意味着几乎不会发生降解，从而大大延长了电池的使用寿命。这种电池的问世，可能会彻底改变电动汽车行业。电动卡车可以满负荷运行，每年行驶数十万英里，而不必担心高昂的电池更换费用。可再生能源存储可以持续更长时间，使太阳能和风能的采用更便宜、更环保。电动汽车可以用作家用太阳能的储能设备，而不必担心会损坏电池。随着电子垃圾的减少，电动汽车将变得更加环保，甚至随着汽车开始使用数十年而不是数年，车辆周转率也将大幅减少。然而，这项技术仍然面临一些挑战。首先，这是一项非常新的技术，可能需要几十年的时间才能发展到足以放入汽车中。此外，高含量的钴也可能是一个大问题，因为钴的价格不仅是任何其他电池金属的两倍多，而且它的开采在环境和人道上都令人怀疑。包括特斯拉在内的许多公司都希望拥有无钴电池，以减少对环境和人类的影响，同时提供更便宜的电池。最后，锂电池已经存在着火问题，而锂空气电池需要呼吸空气才能工作，这使得它们在火灾中更加危险。尽管如此，我们仍然对特斯拉和Dahn教授的研究成果充满期待。也许在未来的某一天，我们真的能买到一辆能够持续400万英里的特斯拉。这项技术的发展，无疑将为电动汽车行业带来革命性的变化。
查理·迪茨在Unsplash上的照片
最近的一项研究泄露了特斯拉四年半以来一直保持沉默的一个秘密。事实是，他们一直在闭门造车，开发的电池比目前存在的任何电池都领先几光年，其耐用性可以持续一百年或四百万英里，无需更换！更不用说它可能导致电池组更轻的事实。那么他们是如何做到这一点的呢？你能很快买一辆四百万英里的特斯拉吗？
在深入研究这款电池之前，我们首先需要了解为什么电池退化是一个问题。
从表面上看，电动汽车似乎已经摆脱了电池退化问题。毕竟，特斯拉提供15万英里的8年电池保修，但有两个问题。首先，许多汽车在其生命周期中行驶里程超过150,000英里，更换一块特斯拉电池的成本高达22,000美元！因此，使用当今的技术，您无法购买可用的高里程电动汽车，而不需要花费数吨购买新电池。其次，电动汽车现在被用于其他应用，例如卡车和车辆到电网(V2G)。这两种应用都需要电池组的使用寿命更长。卡车在其生命周期内可以轻松行驶超过一百万英里，而V2G，你的汽车为你的房子供电，可以使电动汽车在一年内经历的充电周期数增加一倍。
简而言之，要让电动汽车真正取代我们的旧技术，它们需要更耐用的电池。
这就是达尔豪西大学的JeffDahn教授的用武之地。他和他的团队于2016年与特斯拉合作创建了特斯拉先进电池研究部门。他们的主要目标是让电池寿命更长，他们还旨在提高能量密度和降低成本。
Dahn教授最近发表了一项研究，向世界展示了他们的劳动成果，一种LiO²电池，其NMC532单晶阴极能够持续400万英里。但什么是LiO²电池或单晶阴极？他们怎么能说它会持续这么长时间？
LiO²电池也称为锂空气电池(Li代表锂，O²代表氧气)。与当今电动汽车中的锂离子或LFP电池不同，锂空气电池使用氧离子而不是锂离子来存储能量。这种差异意味着它们的内部结构和化学成分需要与现有的电池技术完全不同。此外，这种新结构可以使锂空气电池的能量密度比任何锂离子电池高五倍。这种巨大的差异让工程师们感到悲痛，因为他们一直在努力制造锂空气电池。但即使是早期的尝试也表明它们可能具有较长的使用寿命。然而，在Dahn取得突破之前，锂空气电池甚至无法通过两个月的测试。
Dahn的电池并没有追求这种神奇的高能量密度，而是将其保持在与LFP电池相当的水平，这意味着他的电池对于锂空气电池来说是相当大的。Dahn还保持了与LFP相似的充电速率，后者的充电速度比最好的锂离子电池稍慢。这种“额外空间”和中间充电率降低了电池内部的压力(他们没有解释这低于预期的能量密度)，使其具有如此长的寿命。
但是还有另一件事使这种电池寿命长。这是奇怪的阴极。
阴极是电池正极的一大块金属的奇特名称。这种金属在放电过程中必须存储锂离子(或氧离子或LiO²电池)，因为它们会从阳极迁移到与刚刚在电路中移动的电子重新结合。现在，具有离子和电子流过它的固体金属很容易降解。杂质、缺陷和未对准的金属晶体会导致正极在充放电过程中腐蚀、破裂，甚至形成硬壳外壳，所有这些都会降低电池的容量。
普通电池，例如特斯拉目前的2170电池，使用NMC811多晶阴极。从工程学的角度翻译，这意味着阴极由80%的镍、10%的锰和10%的钴(NMC811)制成，并以许多单独的晶体结构的形式全部挤在一起。低锰和钴含量使电池更便宜。然而，更高的水平将导致更高效和更持久的电池。多晶阴极也有许多缺陷和未对准的晶体，其中可能会发生降解，从而缩短其使用寿命。
所以Dahn和他的团队用单晶NMC532阴极解决了这个问题。这具有更高水平的锰(30％)和钴(20％)，这使其更有效。此外，它们不是被挤压在一起的大量晶体，而是形成了一个有凝聚力的晶体，这意味着几乎不会发生降解，从而大大延长了其使用寿命。
自2017年以来，Dahn一直在测试这种带有奇怪阴极的LiO²电池。在那段时间里，它被反复充电和放电，24/7，四年半！大多数锂离子电池现在几乎没电了，但Dahn的LiO²电池只损失了5%的容量。通过推断数据，Dahn估计它可以持续与驾驶特斯拉400万英里的充电次数相同，相当于大约100年的典型驾驶时间。
这种电池可以彻底改变电动汽车。电动卡车可以满负荷运行，每年行驶数十万英里，而不必担心高昂的电池更换费用。可再生能源存储可以持续更长时间，从而使太阳能和风能的采用更便宜、更环保。电动汽车可以用作家用太阳能的储能设备，而不必担心会损坏电池。随着电子垃圾的减少，电动汽车将变得更加环保，甚至随着汽车开始使用数十年而不是数年，车辆周转率也将大幅减少。
但请记住，这只是LiO²电池的开始。如果Dahn能够开发这项技术并将其推向理论极限，那么电池可能会变得更轻、更小。想象一下特斯拉Model3的电池组重100公斤(通常为480公斤)，充电一次仍可行驶300英里。随着这种减轻重量的商用电动飞机变得可行，电动汽车将变得更加高效，甚至可以出现超轻型、高性能的电动汽车。
那么问题来了，我们会很快在特斯拉看到超耐用的锂空气电池吗？
可能不是。
首先，这是一项非常新的技术。它可能需要几十年的时间才能发展到足以放入汽车中。高含量的钴也可能是一个大问题。钴的价格不仅是任何其他电池金属的两倍多，而且它的开采在环境和人道上都令人怀疑。包括特斯拉在内的许多公司都希望拥有无钴电池，以减少对环境和人类的影响，同时提供更便宜的电池。因此，如果Dahn的电池不能不含钴，那么它可能是一条死胡同。此外，锂电池已经存在着火问题锂空气电池需要呼吸空气才能工作，这使得它们在火灾中更加危险！说它们构成了重大的安全挑战是轻描淡写的。
因此，我们可能暂时不会在野外看到这种电池。但是，如果有人能克服这些工程问题，那就是达恩和特斯拉。我们也不知道在Dahn的实验室里还隐藏着什么。也许这种电池比他们透露的要发达得多？所以谁知道，10年后你也许能买到一辆400万英里的特斯拉。
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