在美國加州有些地方，特別富有如拉霍拉，或者特別高科技如山景城，人們只要行走在街上就仿佛能夠窺見未來的一隅。至少，是汽車工業(yè)的未來。在那些城鎮(zhèn)里，路上開著的不是特斯拉就是尼桑聆風（Leaf），要不然就是其他款式的電動車。

不過，電動車真的是汽車工業(yè)的未來嗎？摩根·斯坦利今年發(fā)布的一份報告讓許多人的篤定變成了懷疑：除了特斯拉的Model S之外，目前市面上的純電動車無一例外地統(tǒng)統(tǒng)沒有達到市場預期目標；盡管法國雷諾公司曾經(jīng)預言說，等到2020年全球汽車銷量中將有10%是電動車，然而照現(xiàn)在的情況來看，到時候電動車能占據(jù)1%的市場就不錯了。

北京的焦慮

究竟是什么讓電動車撞上南墻？其實大家都知道，這都是所謂的“里程焦慮”在作祟。簡單來說，就是人們擔心電動車的續(xù)航能力不足。

電動車的擁躉們并不認為這是一個很大的問題。跟那些開電動車的司機們聊天，他們會告訴你，他們汽車的充電里程足以應付日常駕駛。事實上，有些人開玩笑說，他們的電動車里程“永遠足夠”，因為司機會根據(jù)車型、電量、旅程長短而調(diào)整自己的駕駛風格。

他們會舉出一系列數(shù)字告訴你：研究表明，現(xiàn)今七至八成的城鎮(zhèn)司機每天通勤和日常出行開車里程不超過150公里，而美國人的平均每日駕駛里程更是僅為50公里左右。在這種情況下，RAV4 EV所代表的主流電動車已經(jīng)具有足夠的續(xù)航能力。

在地球的另一邊，北京霧霾最嚴重的日子，人們也開始暢想電動車取代汽油車的未來——在方便出行的同時，亦能擁有藍天白云，那將多么美好？然而，在北京這樣巨大的城市里，電動車的電池容量問題卻不像美國加州那些司機們說得那樣簡單。在這里，“里程焦慮”不僅僅是媒體和不明真相的群眾杞人憂天的說法。

想象一下這樣的場景：

你住在燕郊，在五棵松上班，每天往返里程合計約為120公里。你開著一輛豐田RAV4 EV出門，根據(jù)美國環(huán)境保護署評測，它在充滿電的情況下最多能開103英里（約合165公里），理論上足以應付這段里程。不過，你今天中午還開車出去吃了餐飯，回家路上遇到交通管制繞了一大圈，然后還遇上了嚴重的大塞車，于是你發(fā)現(xiàn)，你還有2公里才到家，而你的車已經(jīng)徹底沒電了。

又或者，你跟家人一起去昌平的溫泉鎮(zhèn)泡溫泉，為了保證里程，你打算在那里順便充電。但遺憾的是，當你開到酒店，才發(fā)現(xiàn)那里沒有充電樁，于是你只能用家用充電頭充電，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，8個小時下來，電量只增加了20%——這款車的充電時間非常長，如果采用家庭110V或者220V電源，需要44個小時才能充滿。即使采用豐田出售的配套充電站，也需要5個小時左右。這也就意味著人們不可能指望能夠像加油一樣沿途充電。當然，你更不可能像對待手機電池一樣多帶一塊備用，因為一個電池組的重量已經(jīng)達到了380公斤。

這是非?，F(xiàn)實的問題：隨著房價的攀升，有越來越多在北京上班的人選擇住到通州、燕郊、昌平或大興等郊區(qū)，他們的通勤里程奇高，已經(jīng)遠遠超出了所謂的“平均水平”；然而，又因為這些人居住的地方公共交通不夠發(fā)達，所以他們才是北京私家車通行的主力軍。

特斯拉革命

盡管有專家認為120英里（約合193公里）的續(xù)航里程已經(jīng)足夠，然而對于電動車來說，理想的狀況依然是要達到與汽油車相媲美的公里數(shù)，亦即500公里左右。這個數(shù)字看來不大，然而市面上卻僅有一款車能勉強達到，而那恰恰就是被摩根·斯坦利認定為唯一達到了市場預期的車型——特斯拉Model S。

Model S的電池采用松下提供的鎳鈷鋁電池，整個電池組包含約8000塊電池單元。單顆電池的容量為3100毫安時。這種電池容量和內(nèi)阻在1000次充放電后都保持著相對穩(wěn)定的水平。又因為鈷酸鋰電池能量密度大，但穩(wěn)定性較差，為此Tesla研發(fā)了3級電源管理體系來確保電池組正常運作。這樣的電池組具有極大的容量。

Model S具備三種不同的電池組規(guī)格，容量分別為40千瓦時、60千瓦時、85千瓦時，其中，85千瓦時的電池組可供汽車行駛300英里（約合482公里），足以滿足大多數(shù)人的需要。

為了配合Model S的高效電池組，特斯拉還在全球各地布置SuperCharger充電站。這種充電站采用高壓充電技術(shù)，以120kW的功率為電動車充電，可以在30分鐘內(nèi)為Model S充好能夠開170英里（約合273公里）的電量。根據(jù)特斯拉官網(wǎng)提供的信息，他們已經(jīng)在北美開設了94座這樣的充電站，并且將在明年之內(nèi)將這個數(shù)字提高到300座以上，讓人們得以實現(xiàn)東西兩岸之間的長途駕駛。

特斯拉的布局已經(jīng)相當完整：電動車有能與汽油車相媲美的續(xù)航能力，亦可以像汽油車一樣輕松補充能量，以實現(xiàn)長途旅行。按照這個發(fā)展勢頭，電動車取代汽油車也很有可能。然而，在理想與現(xiàn)實之間，仍有一個巨大的障礙，那就是價格。

為了實現(xiàn)超大電量，Model S的售價也相當高昂，85千瓦時版本在美國售價為93400美元，即使是抵扣掉7500美元的聯(lián)邦稅減免優(yōu)惠后，也要8萬多美元；而根據(jù)2013年《凱利藍皮書》的統(tǒng)計，美國新車平均售價為32086美元，而且這都已經(jīng)超出了大多數(shù)美國家庭的負荷能力。

而且，即使是Model S的鎳鈷鋁電池，其電池組重量依然達到了1500磅（約合680公斤）。雖然儲能效率遠遠高于同類產(chǎn)品，但考慮到跑同樣里程的汽油車只需要50公升的油，兩者之間依然有著巨大差距。于是，能否進一步提高電池能量密度，以及盡可能減少成本，就成為了電動車是否能夠真正成為汽車工業(yè)未來的關(guān)鍵。

如果電池能呼吸

所謂能量密度，就是單位體積中包含的能量，單位是Wh/kg。我們知道，汽油的能量密度在13000Wh/kg左右，而現(xiàn)今世界上最好的鋰離子電池的能量密度也僅為300Wh/kg左右，而特斯拉的電池單元能量密度預測在250Wh/kg左右（由于電池組還包括外殼、冷卻系統(tǒng)及支架等附件重量，所以特斯拉的電池組能量密度只有125Wh/kg左右），這已是電動車電池行業(yè)的不二王者。然而，電動車想要取代燃油車，至少需要達到700Wh/kg的能量密度。

也就是說，鋰離子電池就顯然不可能是合適的選擇。

如何造出更好的電池呢？無非是在正極、負極和電解質(zhì)等材料上做文章。比如說，特斯拉的鎳鈷鋁電池，就是采用了鎳鈷鋁三元正極材料。為了更好地利用不同的復合材料，研究者們不僅要找出能用的材料，還要發(fā)現(xiàn)它們?yōu)槭裁茨苡?，以及它們是怎樣使用的，亦即，電子如何圍繞這些材料而運作。

如今最熱門的前沿項目是鋰空氣電池。鋰空氣電池的理論能量密度為5200Wh/kg，比起特斯拉電池的125Wh/kg來說高了一個數(shù)量級；如果不計算氧氣重量，其理論能量密度更是高達11680Wh/kg，這就堪比汽油了。就算考慮到理論值和實際值的差距，也應該完全滿足能電動車的需求。這樣的潛力當然讓研究者們感到十分興奮，現(xiàn)在全球至少有上千家研究所正在致力于攻堅鋰空氣電池。

這種電池的工作原理也并不復雜：在放電過程氧分子與鋰離子結(jié)合形成過氧化鋰；而在隨后的充電過程中，過氧化鋰進行可逆分解，產(chǎn)生氧氣，達到一種“循環(huán)呼吸”的效果。然而，科學家們卻面臨著兩大問題——充放電效率和電池壽命。

先說充放電效率。由于鋰空氣電池的工作原理就是一個不斷進行化學反應的過程，而化學反應是需要時間的，如果速度太慢的話，電池在充放電過程中的能量損失就會很高。在很長一段時間中，鋰空氣電池的放電效率都非常低，最高紀錄也只有70%。

然后是電池壽命，在整個充放電的循環(huán)過程中，鋰空氣電池要求有穩(wěn)定的電極和電解質(zhì)環(huán)境，但金屬鋰又是一種非常活躍的物質(zhì)，尤其是遇到水的時候，特別容易發(fā)生變化。所以，空氣中的濕氣會常常腐蝕電池里的鋰，在幾次充放電循環(huán)之后，鋰空氣電池就徹底無法使用了，這當然也不符合商用要求。

為了解決這些問題，科學家們各出奇招，在催化劑上做工夫，又將電解液材料、電極材料和電池結(jié)構(gòu)進行反復調(diào)試。目前，最先進的鋰空氣電池已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)500次循環(huán)充電，而且充放電效率也超過90%。

很顯然，對于電動車行業(yè)來說，如果誰能最先掌握商用鋰空氣電池技術(shù)，誰就能夠最快占據(jù)市場。大眾汽車公司已經(jīng)明確押寶于此，他們公開宣稱要在2020年實現(xiàn)鋰空氣電池的量產(chǎn)化，并預期打造出一款續(xù)航里程高達800公里的超級電動車。作為電動車行業(yè)的領(lǐng)跑者，特斯拉也在開發(fā)金屬空氣電池。此前該公司曾被媒體披露擁有一項最新的專利，顯示他們已經(jīng)開發(fā)了一種由鋰離子和金屬空氣（鋰空氣或者鋁空氣）電池組成的電池組，充一次電可以讓汽車行駛達到400英里（約合650公里）。

盡管有專家認為120英里（約合193公里）的續(xù)航里程已經(jīng)足夠，然而對于電動車來說，理想的狀況依然是要達到與汽油車相媲美的公里數(shù)，亦即500公里左右。

豐田的實驗

汽車業(yè)界巨擘豐田公司所選擇的方向，卻與大眾跟特斯拉不一樣。這家在2011年與特斯拉簽訂1億美元合作協(xié)定的公司，在2014年5月做出決定，不再延續(xù)與特斯拉進行電動車項目合作，而是將金錢和目光都轉(zhuǎn)向燃料電池汽車。

所謂燃料電池，就是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電池。它可以是氫燃料電池，也可以是生物燃料電池。從表面上來看，它也像普通電池一樣有正極、負極和電解質(zhì)等等，但事實上，它卻不是一個蓄電池，而是一個發(fā)電裝置。盡管，按照前通用研發(fā)部門負責人拉里·布恩斯的說法，燃料電池亦是電池技術(shù)的一種，所以燃料電池汽車也依然屬于電動車范疇。

比起目前還是實驗室產(chǎn)品的鋰空氣電池來說，燃料電池在汽車工業(yè)的應用歷史就長得多了。豐田從2002年起就已經(jīng)嘗試發(fā)售過燃料電池混合動力汽車“豐田FCHV”，并且在此后不斷在生產(chǎn)中進行技術(shù)迭代，因而在商業(yè)化上有著天然的優(yōu)勢。

燃料電池最大的優(yōu)勢在于體積小、分量輕但儲能很高。今年年初，弗吉尼亞理工大學的一個研究團隊就曾開發(fā)出一種“糖能燃料電池”，能量密度達到了鋰離子電池的10倍。豐田公司預計在2015年左右上市的燃料電池車FCV-R亦是絕佳證明。根據(jù)豐田提供的資料，這款新車將有著至少500公里的續(xù)航能力，而且加燃料時間不會超過3分鐘，綜合來看，這樣的表現(xiàn)將遠遠優(yōu)于特斯拉Model S，已經(jīng)達到了燃油車的水平。

然而，燃料電池的問題在于，其最大輸出功率不足，也就是說，燃料電池車開不快。豐田公司說，F(xiàn)CV-R的最大輸出功率將是FCHV的兩倍，至少也在100kW以上。但這樣的數(shù)字事實上依然低于豐田自己的鋰離子電池動力車RAV4 EV（154kW），而且遠遠低于Model S（310kW），比起燃油車來說差距更遠。另外，在動力扭矩輸出也就是汽車加速性能上，燃料電池汽車也有著天然的弱勢。

充電效率提高20倍

除了提高能量密度之外，如何提高充電效率，也是研究者們的攻堅重點之一。最近，有一家名為Power Japan的日本公司宣稱他們和日本九州大學的研究人員們一起研發(fā)了一種碳電池，能夠?qū)㈦姵爻潆娦侍岣?0倍之多——他們能夠讓一輛尼桑聆風在12分鐘內(nèi)完成充電，而不是以前的4小時。這款車的電池是24千瓦的電容量，稍微估算一下就知道，新技術(shù)能讓特斯拉S型電動車的85千瓦電池在42分鐘內(nèi)完成充電。

當前的鋰離子電池技術(shù)，普遍采用了金屬作為正極，用石墨等碳元素材料作為負極。然而，Power Japan研發(fā)的碳電池卻是在正負極上均采用了碳元素，因而被稱為“雙碳電池”。盡管Power Japan并未透露太多的技術(shù)細節(jié)，只是說對碳晶體納米材料進行了改造，然而他們同時披露，他們已經(jīng)利用18650電池（市面上大多數(shù)筆記本電腦和電動車用的就是這種電池）的電芯基礎上制造出新的雙碳電池，也就是說，這種電池的能量密度將不低于任何鋰電池，而且由于碳元素成本低于金屬成本的緣故，其造價會比原有鋰電池更低。

該公司同時指出，在采用雙碳性電池技術(shù)后，18650電池的充放電次數(shù)比前者多20次，釋放的電量也比鋰離子電池單體多4伏特。而且，在測試中，其充放電循環(huán)次數(shù)可達3000次，足以維持電動車10年以上的電池壽命。更可怕的是，Power Japan還聲稱，在充放電過程中，這種電池的溫度不會發(fā)生太大變化，大大減少了爆炸或起火的危險。

我們可以看到，盡管雙碳電池的潛力不像鋰空氣電池那樣巨大，但如果驗證為真的話，它對電動車市場的影響卻不會遜色太多。因為，這款電池不僅突破了充電困難這樣一個巨大的技術(shù)瓶頸，還十分有利于投入市場——根據(jù)Power Japan的說法，他們所需要的碳材料利用現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝就能實現(xiàn)，而且生產(chǎn)模式也跟目前18650電池相同。

誰將成為未來電動車行業(yè)的霸主？哪種技術(shù)會成為新的主流？現(xiàn)在的我們都不得而知，對于電動車行業(yè)來說，任何革命都會帶來一個突破的契機，讓電動車在占領(lǐng)未來市場的道路上走得更堅定一點。