撰文 / 張 鷗
編輯 / 錢亞光
設計 / 師瑜超
來源 / EETIMES，作者：Liam Critchley，題圖：奔馳電動G級SUV概念圖
從緩慢的充電到糟糕的續航里程，再到不適用於量產使用的過大尺寸——多年來，電動汽車的電池面臨着許多挑戰。電池生產商和汽車製造商正如火如荼地展開研究競賽，挖掘更高效的電池原材料。
部分製造商開始將目光轉向納米材料，以獲得電池的最大效益。它們不僅可以幫助縮小整個電池尺寸，而且還可以利用其優良導電性和電荷載體特性提高電池性能。
一些被關注的導電納米材料也已經在其他應用中展示了用於電動汽車的潛力，如超級電容器。利用納米材料的這些特性進行商業化需要時間，但我們現在處於一個階段，很快就有機會在公共道路上的汽車中看到納米材料電池。
（圖源：Sila Nanotechnologies）
首次石墨烯電池應用來自中國
電動汽車電池市場的第一個重大發展來自於廣汽集團。
2021年，廣汽宣佈石墨烯基超級快充電池量產測試，在短短8分鐘內從0%充電到80%，並有1000公里的續航能力。首款搭載車型將是廣汽埃安Aion V汽車，為更廣泛地採用納米增強型電動車電池打開了大門。
這標誌着納米材料在整個電池領域中的重大發展，更不用説電動汽車電池了。鑑於中國對石墨烯的巨大興趣，中國成為第一個利用這一材料的國家並不意外。
然而，這並不是石墨烯在整個汽車領域的首次亮相。
2018年，福特公司宣佈將在引擎蓋下使用石墨烯。在使用極少量石墨烯的同時，實現重大的性能改進——降噪、車身更輕以及更好的導熱性。福特的使用更側重於汽車的複合材料、結構方面而不是電子方面。
雖然很容易將石墨烯整合到更多結構性應用的複合材料中，但將其整合到電子系統中一直是各行各業的挑戰。因此，這些電池的開發對於石墨烯電子技術的發展同樣至關重要。
廣汽埃安Aion V▼
（圖源：廣汽集團）
梅賽德斯採用納米增強型電動汽車電池
石墨烯電池的開發令人印象深刻，在2022年5月傳來了更加令人矚目的新聞。
梅賽德斯將與初創公司Sila Nanotechnologies合作，為其電動G級SUV汽車開發納米增強型電池。在這些電池中，陽極材料是由硅納米顆粒而不是石墨組成。
早在2019年，這家德國製造商就投資了Sila。這次研究對於行業發展尤其重要，因為他們使用硅陽極而不是碳基陽極。
Sila的新聞稿稱，創新的高硅陽極材料將提高電池的能量密度，而不影響安全或其他性能參數。與目前市場上具有可比性的電池相比，Sila的技術能使能量密度增加20%-40%，在電池層面達到800Wh/L以上。這一重大發展使梅賽德斯-奔馳能夠在相同的空間內儲存更多的能量，從而大大增加其未來車輛的續航能力。
硅陽極一直被研究和提出用於鋰離子電池，原因是它們具有比石墨高得多的理論能量密度。然而，電池中不斷的充電和放電循環會導致硅陽極膨脹，使其迅速斷裂並使電池短路。
這一直是一個問題，並且已經提供了幾種途徑進行解決（主要是通過塗層），但選擇使用硅納米顆粒提供了一種方法來規避硅陽極所帶來的傳統挑戰：電極是多孔的，足以應對使用過程中陽極的體積膨脹。
這些電池仍在開發中，預計到2024年進行大規模生產，2025年進行商業使用，目前在充電和續航方面沒有太多的數據。儘管如此，利用硅納米粒子陽極，預計將產生一個能量密度比今天使用的電動汽車鋰離子技術高20%的電動汽車電池。
鑑於汽車行業的競爭性質，如果像梅賽德斯這樣的公司對納米材料增強型電池給予如此大的信任，那麼它很可能為全球更多的汽車公司向納米材料增強型電動汽車電池進軍打開大門，爭相在性能上保持領先。
華盛頓州摩西湖的Sila納米技術設施▼
（圖源：Sila Nanotechnologies）
廣汽集團和梅賽德斯-奔馳的研究對納米材料電池的未來發展具有重大意義。
人們數年來一直在努力使石墨烯或硅等材料進入功能性的高端電池系統，而現在，納米增強型電池將在日常車輛中上路使用，標誌着納米技術在電動汽車電池領域即將進入下一站。
有越多的製造商在電動汽車上採用這些電池，它們的發展前景和性能就會變得越好，這很可能打破在電池領域存在已久的現狀。
鑑於納米材料在汽車領域的應用（不僅僅是在電池中）和更多傳統材料的挑戰，如果納米增強電池未來幾年在Aion V和梅賽德斯的G級車中運行良好，那麼我們可能會看到越來越多的納米增強電池被用於日常車輛中。
迄今為止的測試顯示了良好的結果和廣泛使用的前景，唯一可能阻礙納米增強電池使用的是，它們在日常生活中使用時沒有體現出高度的長期穩定性或安全性——這一點，就要過些年我們才會知道。
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