徐鵬暉

電能在現(xiàn)代社會(huì)的日常生活生產(chǎn)中扮演著舉足輕重的作用，電能的儲(chǔ)存和運(yùn)輸也由此成為科學(xué)研究中的一個(gè)重要議題。電池作為最常見(jiàn)的一種電能儲(chǔ)存器件已經(jīng)滲透到了我們生活的方方面面，電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車上都有它的身影。本文將以電動(dòng)汽車電池和手機(jī)電池的容量換算為例，帶大家從容量的角度重新認(rèn)識(shí)我們生活中的電池。

反向充電的妙用

電動(dòng)汽車在國(guó)家大力推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的當(dāng)下已經(jīng)越來(lái)越常見(jiàn)了，充電樁也是隨處可見(jiàn)。但是在2020年8月，當(dāng)一位電動(dòng)汽車車主將車停在日本橫濱的電動(dòng)汽車技術(shù)互動(dòng)體驗(yàn)館旁，并把電槍插在車上時(shí)，奇怪的事情發(fā)生了一車輛并沒(méi)有被充電，而是在給體驗(yàn)館反向供電。這樣一來(lái)，車主可以利用車輛內(nèi)部多余的電能支付停車費(fèi)，而體驗(yàn)館也可以用這些閑置的電能供應(yīng)館內(nèi)設(shè)施的耗能。因此，你在咖啡館里玩手機(jī)所用掉的電，說(shuō)不定就來(lái)自窗外電動(dòng)汽車?yán)锏男铍姵?。電?dòng)汽車將不再只是以交通運(yùn)輸?shù)姆绞饺谌肷鐣?huì)。

這種“反向充電”的操作之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是因?yàn)橐环N叫V2G（Vehicle-to-grid，車輛到電網(wǎng)）的技術(shù)。使用了V2G技術(shù)的充電樁，可以和電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)雙向充放電。當(dāng)電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，充電樁從電網(wǎng)將電能輸送給車輛;而當(dāng)車輛的電能閑置不用時(shí)，充電樁也可以把車輛中的電能輸送給電網(wǎng)。當(dāng)電動(dòng)汽車的數(shù)量鋪開(kāi)以后，V2G技術(shù)就可以做到“削峰填谷”：在用電高峰時(shí)從車輛中提取閑置起來(lái)的電能緩解電網(wǎng)壓力，在用電低谷時(shí)給車輛充電減少車組電價(jià)支出。

電量盡在掌握

電動(dòng)汽車?yán)锏碾妷蛴脝?？一輛電動(dòng)汽車能有多少電供給電網(wǎng)呢？接下來(lái)，我們就來(lái)計(jì)算一下，如果把電動(dòng)汽車當(dāng)成一個(gè)超大號(hào)的“充電寶”，能給多少臺(tái)手機(jī)充電。

根據(jù)能量守恒定律，如果充電的時(shí)候沒(méi)有發(fā)生損耗，那么電動(dòng)汽車蓄電池里的電能將全部被轉(zhuǎn)移到手機(jī)的電池里。所以我們需要先知道電動(dòng)汽車蓄電池和手機(jī)電池的電池容量。

盡管不同廠家生產(chǎn)的電動(dòng)汽車電池在容量、電壓等參數(shù)上差別較大，但整體來(lái)看，電動(dòng)汽車電池所儲(chǔ)存的能量的數(shù)量級(jí)在1～10千瓦·時(shí)，也就是1～10度電。

而手機(jī)電池一般采用的是鋰離子電池，這種電池使用壽命長(zhǎng)、沒(méi)有記憶效應(yīng)。甚至在早些年的時(shí)候手機(jī)電池是可以拆卸下來(lái)的，而隨著手機(jī)集成度的提升，電池也逐漸變成了現(xiàn)在的一體化設(shè)計(jì)。

手機(jī)電池所儲(chǔ)存的能量大概在10瓦·時(shí)左右，也就是1%度電。這樣換算下來(lái)，一輛電動(dòng)汽車可以給100～1000臺(tái)手機(jī)充電。

以上計(jì)算是建立在電動(dòng)汽車電池里的能量可以100%轉(zhuǎn)移到手機(jī)電池里的前提上，中途不考慮任何損耗。但在實(shí)際傳輸過(guò)程中，電路電阻的發(fā)熱會(huì)造成一定能量損失，而且電池的充放電效率和具體的充放電條件相關(guān)，比如電流強(qiáng)度大小、充放電電壓、是否過(guò)充過(guò)放等，不匹配的充放電條件會(huì)造成電能儲(chǔ)存和釋放效率的下降，加大損耗。這些也許會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的具體數(shù)值，但結(jié)果的數(shù)量級(jí)應(yīng)該還是正確的。我們依然可以說(shuō)，一輛電動(dòng)汽車的電大概可以供給數(shù)百臺(tái)手機(jī)使用。

另外，充電寶的外殼上也會(huì)標(biāo)有容量和電壓，大家可以參考以上的計(jì)算過(guò)程，算算看你的充電寶能給手機(jī)充多少次電。

知識(shí)鏈接

同樣是電池，為何電動(dòng)汽車電池和手機(jī)電池在存儲(chǔ)電能方面會(huì)有這么大的區(qū)別呢？其實(shí)這和兩種電池的組成和電池結(jié)構(gòu)有關(guān)。

對(duì)于電動(dòng)汽車電池，滿足大容量需求的最簡(jiǎn)單做法就是將多節(jié)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)容量更大的電池組。這個(gè)方法雖然簡(jiǎn)單粗暴，但是非常有效。另外，電動(dòng)汽車電池的種類也非常豐富，比較典型的有磷酸鐵鋰電池、鈉硫電池、氫氧燃料電池等。以前常見(jiàn)的鉛酸電池目前反而不怎么在電動(dòng)汽車上出現(xiàn)了，因?yàn)檫@種電池一方面比能量低，另一方面容易給環(huán)境造成污染。

對(duì)于手機(jī)電池來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在最為常見(jiàn)、使用最為廣泛的是鋰離子電池，這種電池的優(yōu)勢(shì)在于比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小等。同時(shí)科學(xué)家們也在研究一種新型的電池，叫做固態(tài)電池。固態(tài)電池將不再有液態(tài)的電解液，取而代之的是固體電解質(zhì)。這種電池安全性好，比能量也比液態(tài)鋰電池高。