馬星馳

埃隆·馬斯克是一位奇才，是電動汽車特斯拉、SpaceX太空探索技術(shù)公司、太陽能城市光伏發(fā)電公司，四家公司的總裁。因為馬斯克12歲就賣出了他自己編程的首款游戲，加上他是個創(chuàng)新和經(jīng)營能力超群的天才冒險家，并認為自己的人生使命是拯救人類，所以人們稱他為“鋼鐵俠”。

鋼鐵俠是美國人崇尚的超級英雄之一，銅頭鐵臂、上天入地，保護人民、懲惡揚善。馬斯克不只是崇尚或幻想神通廣大、拯救人類，他正在努力實現(xiàn)自己的超級英雄夢。

美國東部時間2017年2月19日上午9點39分，獵鷹9號火箭從肯尼迪航天中心具有歷史意義的39A發(fā)射臺成功發(fā)射，并完成對一級火箭的回收，為國際空間站運送約2495千克的貨物，重啟商用“太空物流”。

可以說，馬斯克的互聯(lián)網(wǎng)、清潔能源和太空夢想已經(jīng)實現(xiàn)，剩下的只是如何早日移民火星的夢想。

移民火星裝備研制中

美國內(nèi)華達州的沙漠上正在建造了一個形如火星殖民地的巨大的工廠，名為吉格工廠（Gigafactory， Giga表示10的9次方，即10億）。特斯拉計劃在這里制造一種單一的組件：電池。

電池作為有毒的產(chǎn)品，必須仔細設(shè)計，以避免災(zāi)難性的過熱。一個好的可充電汽車電池會讓你節(jié)約10，000美元左右。可再充電電池通過執(zhí)行可逆化學反應(yīng)來存儲能量，其中離子存儲在正極和負極之間，并在正極和負極之間流動。好的材料，例如特斯拉和三星的電池常用的鋰化合物，可以儲存大量能量，但充電和放電緩慢，而且在充電和放電時會變熱。鋰離子電池需要微小的分離器，以保持組件分開，如果這些設(shè)計不當或損壞，它們可能會造成短路，損壞電池的其他部分，導致反應(yīng)失控，引起電池爆炸之類的事故。針對這種危險性，化學家們一直在研制更好的電池材料。

但電池中的化學反應(yīng)并不是唯一存儲電荷的途徑，還有一個重要元件——電容器——也可以儲存電荷。

馬斯克在美國斯坦福大學讀了兩天博士就退學經(jīng)商了，當時他的專業(yè)就是電容器研究。電容器的能量存儲在金屬電極之間的電場中，因為充電和放電極快且不會因充電次數(shù)多而折壽的優(yōu)點受到關(guān)注。但是，現(xiàn)在電容器單獨作為供電設(shè)備，只應(yīng)用于照相機的閃光燈之類耗電小的電器中。原因是，電容器的儲電量不夠大。

我們知道，每千克汽油含有約4千瓦時的能量，是目前特斯拉電池儲能的30倍。而傳統(tǒng)的電容器儲能更低，是特斯拉電池儲能的千分之一，每千克只含有0.1瓦時的電量。也就是說，如果你的車加滿一箱油可以跑500千米，用同等重量的傳統(tǒng)電容器只能跑16米多。

電容器能存儲多少電荷，取決于其電極的表面積。1966年，科學家制造了一個電容器，其中電極涂有薄的碳層，碳層布滿了密密麻麻的小孔，使其內(nèi)部表面積增大10萬倍左右。其存儲的能量是傳統(tǒng)電容器的10倍。

20世紀90年代，小型超級電容器已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)生產(chǎn)。如果電源出現(xiàn)故障，它們可以為計算機提供即時、短暫的備用電源，使計算機安全關(guān)機。但電容器為汽車供電還有很長的路要走。

神奇的椰子

電容器的發(fā)展在之后一段時間內(nèi)一直沒有太大突破，因為這種電極上涂的碳層，其材料來源長期以來都是由椰子殼加工而成的。其加工過程是將椰子殼在無氧烘箱中加熱到600℃，以除去碳以外的所有元素，然后加工處理而成。

椰子是如此便宜和方便的碳源，加工后的性能也一直很穩(wěn)定，以至于長期沒有人去尋找其他材料。

但是，椰子有很多天然污染物，其加工過程是有毒和昂貴的。對于環(huán)保主義者馬斯克來說，椰子顯然該被拋棄了。

亟待突破的綠色發(fā)展

馬斯克希望能源的供應(yīng)不僅僅低廉，而且可靠和綠色。根據(jù)聯(lián)合國的報告，可再生能源如風能和太陽能，在2016年占美國新能源發(fā)電能力的三分之二，在全球超過一半。但一方面，電力需求變化很大，冬天和夏天、白天和晚上都不一樣；另一方面，可再生能源的供應(yīng)是間歇性的，風不總是吹，太陽并不總是閃耀。

這個問題可以通過智能電網(wǎng)得到解決。智能電網(wǎng)可以通過不斷地監(jiān)測和調(diào)節(jié)從各種可再生能源發(fā)電機到消費者的能量流，達到能量均勻持續(xù)地供給。但這不可避免地意味著必須有備用的存儲電力設(shè)備。

于是，添加超級電容器仍是一個亟待突破的改進。

如何在電容器中儲存更多的能量，并優(yōu)化其生產(chǎn)制造過程、降低其成本是“鋼鐵俠”馬斯克以及他的團隊仍需繼續(xù)努力的方向。也許有生之年，我們不用花太多錢，就能利用他們研制出的可以秒速充電、放電的超級電容器為動力上火星。