找到电动汽车瓶颈的解决办法

材料牛注：电动汽车进入市场之后，暴露的缺点有行驶距离受限，电池低效等，甚至在极端情况下还会有起火的危险。俄亥俄州立大学的工程师受人体内活细胞膜转运蛋白质方式的启发，开发出了一种新的可快速充电的强大电池——“氧化还原晶体管电池”，从而控制电池内部电荷流动。

众所周知，电动汽车进入市场之后，暴露的缺点有行驶距离受限，电池低效等，甚至在极端情况下还会有起火的危险。俄亥俄州立大学的工程师已经破解了这两方面的难题，开发出了控制电池内部电荷流动的技术。

据俄亥俄州立大学机械航空工程的首席研究员和副教授Vishnu-Baba Sundaresan称，这项技术受人体内活细胞膜转运蛋白质方式的启发，是改善大多数电动车充电速率的最好方法，速度可达每分钟0.4英里。

Energy & Environmental Science期刊刊登了美国国家科学基金会资助的研究，其结果表明，该膜实现了一种新的可快速充电的强大电池，称为“氧化还原晶体管电池”，汽车使用该电池充电一次即可行驶很远的距离。

工程师通过对高配版混合动力汽车电池和电动汽车电池进行分析得出这样的结论，汽车制造商已经达到了性能极限：最好的环保型汽车充电八个小时才可行驶约200英里的路程，而汽油动力汽车仅在加油站花一分钟来加油就可行驶相同距离。

Sundaresan乐观地认为，这种新技术将达到每分钟数万英里的电池充电性能。“这与汽油的等效测量相比仍然差一个数量级，但它是一个起点，”Sundaresan在新闻稿中说。

研究发现，如今在混合动力汽车和电动汽车的使用中，电池的问题是电荷存储。Sundaresan说，“过去50多年来的研究一直专注于电池电极的化学改善，从而增加容量。 这一点我们已经做到了，但是电池容量的增大是以降低快速充放电电池的稳定性和成本为代价的。电动车的设计已足够成熟，我们知道现在电动车的发展达到瓶颈，主要是受制于锂离子电池的电化学性能。”

在“离子氧化还原晶体管”中，电荷或者说是能量存储在液体电解质中，这样电动汽车司机可以自行清空和补充，就像是一个以汽油为燃料的发动机的油箱。Sundaresan说，“对于日常交通，晚上将电解质插入电源插座或在停放在车库中即可再生。 而对于长途旅行，你可以腾空所用电解液并补充新的以获得长程行驶，和我们通常使用内燃机一样。我们相信，这种灵活性对于斩断我们对内燃机运输的依赖具有极大的意义。

Sundaresan在研究中的博士生助手Travis Hey说，在今天的锂离子电池中，隔膜可以进行充电，并使正负极分隔开来，但是由于正极和负极间电荷的泄露会导致逐渐容量的降低，这也称为自放电现象。化学反应会产生热并逐渐产生功耗。然而，在极端情况下，电池中的反应会导致过热和起火——这称为热失控现象。

生命组织中，生物功能不同的细胞其细胞膜作用不同。同样地，Sundaresan和Hery断定在细胞壁开口可使分子的电荷扩张或收缩。在测试中，电池充电或放电时，导电聚合物收缩以打开孔。同样地，电池不使用时，聚合物膨胀以关闭孔。工程师发现该膜确实控制着锂离子电池，钠离子电池和钾离子电池的充电和放电。

在实验中，研究人员将电池连接到LED灯，通过编程准确地控制孔的打开和关闭。结果表明，该膜不仅可使电池工作正常，而且在电池不使用时损失电荷为零。俄亥俄州有望将该技术进一步发展投入工业应用。

原文链接：OSU researchers gaining ground on electric cars' battery problem

文献链接：Ionic redox transistor from pore-spanning PPy(DBS) membranes

本文由编辑部杨洪期提供素材，王冰编译，点我加入材料人编辑部