镍氢电池中的电解液 北京长城网
生化病毒可使电动汽车续航里程延长3倍
当我们提到“病毒”这个词时，我们一般会想到艾滋病、非典等负面词汇；但如果将它的特性运用到具体的场景中，它能够很大程度上为人类服务。
近日，美国麻省理工学院（MIT）研究团队在《自然通讯》杂志发表论文指出，他们可利用一种名为M13的转基因良性病毒，帮助电动汽车续航里程最多延长3倍。在电动汽车动力电池续航里程普遍面临瓶颈的情况下，利用生化手段解决这一问题尚属首次。
要想延长电动汽车的续航里程，只有两个选择：要么增加电池数量，要么增加电池容量。第一个选择无疑会增加汽车的整备质量，因此即便增加了更多的电池，电机的负荷也会增加，续航里程也未必能得到提升；所以只能求助于第二个选择，也就是提高电池的能量密度。目前市面上的电动汽车动力电池绝大多数都是锂离子电池（比如宝马i3等纯电动汽车），镍氢电池则占了一小部分（比如丰田普锐斯混动汽车），因为锂离子电池的能量密度大于镍氢电池。
MIT 研究人员提出的解决方案更为先进，其基本原理是：
当M13良性病毒被放入锂空气（-Air）电池（锂离子电池的一种）中，再加入金属钯作为催化剂后，病毒便会“抓住”电解液中的金属分子，凝结成一根直径约80纳米的纳米线（纳米线），它是由氧化锰凝聚而成，宽度堪比红细胞。当大量纳米线凝聚在一起，就形成了由氧化锰构成的锂离子电池负极，锂离子在这里发生还原反应，生成过氧化锂（Li2O2）。
那么这种由病毒制成的阴极有什么特点呢？
与通常通过化学反应产生的氧化锰不同，这些纳米线呈刺状，增加了阴极用于锂离子反应的表面积，从而提高了电池的能量密度。
这种看似简单的生化电池技术，却能大幅提升锂离子电池的能量密度，延长电动汽车的续航里程。目前市面上主流的电动汽车续航里程约为160km，而麻省理工学院的研究人员表示，采用生化技术的锂空气电池可将续航里程延长至550km。作为未来动力电池的重点研究方向，锂空气电池的能量密度已经接近传统汽油，而采用生化电池技术，可进一步提高这一水平。
这里简单介绍一下所谓的锂空气电池，这是锂离子电池的一种，以锂金属作为阳极反应物，以空气中的氧气作为阴极反应物。与普通的钴酸锂电池和磷酸铁锂电池相比，锂空气电池的能量密度高于前两者，而且由于阴极采用空气，电池的体积和重量可以进一步减小。锂空气电池是金属空气电池的一种，由于锂金属的能量密度（/g）高于钠、钙、镁、锌等金属，因此在金属空气电池的开发中，锂是首选的阳极反应物。
汽油的能量密度为13kW·h/kg，实际传输到车轮上的能量约为1.7kW·h/kg；而锂空气电池的理论能量密度为12kW·h/kg，即43.2MJ/kg。根据理论推导，使用锂空气电池传输到车轮上的能量密度也能达到1.7kW·h/kg。与常用的锂离子电池相比，锂空气电池的能量密度高出5-15倍。这为开发低价、高续航的大众电动汽车提供了理论支持。
其实，第一台汽油机与第一台感应电动机均诞生于19世纪80年代，可以说是同一时期工业革命的产物。但在此后的100多年里，作为交通工具的汽车的动力来源却以汽油机为代表的内燃机为主，电动汽车一直是边缘产品。造成这种现象的主要原因，并非是内燃机与电动机发展水平的差距，而应该归咎于最根本的能源——电池。由于汽车行业常用的动力电池能量密度远低于燃料，导致电池始终未能成为与燃料平起平坐的能源，也就是我们常说的电动汽车续航里程不足。
但近年来，随着电池技术的不断提升，以及各种新型电池材料的发现和应用，电动汽车动力电池的性能和制造成本得到了进一步优化。目前，电动汽车动力电池主要分为两大类：蓄电池和燃料电池。一般意义上的电动汽车（EV）是指使用电池的车型，而燃料电池汽车由于其原料是氢气，因此被称为氢燃料电池汽车（FCEV）。
虽然特斯拉的 Model S 85kWh 续航里程可达 480km，但毕竟售价近 9 万美元；而且电池占用体积较大，也增加了汽车的整备质量。因此，研发小体积、高能量的动力电池仍是重要课题。令人兴奋的是，特斯拉已经在这么做了。
根据特斯拉提交的专利显示，特斯拉目前正在开发一套电池/电池混合系统，即金属空气电池和非金属空气电池。这意味着特斯拉也在考虑将金属空气电池应用到旗下车型上，以进一步提升续航里程。据悉，这套系统可以将电动车的续航里程延长至 640km。后面我会对这套电池混合系统进行详细的技术解读。