电动汽车自上个世纪末现身至今，续航能力(电池容量)一直是阻碍其发展的主要原因。随着电动车技术的发展，各大厂商都在积极地布局，以获取未来发展的空间。科技的飞速发展使得新技术层出不穷。本期我们为大家盘点各家电动车的电池技术，以便更了解电动车技术发展的趋势。在享受科技带来的便利同时，我们要以更加包容的心态接受新技术，只有当动力电池性能得到改善、成本大幅降低、规模化应用之后，才能带动其他较为成熟的环节的大力发展。
首先，我们来了解一下电池的种类
第一个，蓄电池。它是把化学能直接转换为电能的装置，可以使用可逆的化学反应来进行再充电。它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。以铅蓄电池为例，简单地说就是在放电的时候，正极的氧化铅得到电子，而负极则由金属铅失去电子。充电的时候则相反。
普通铅酸蓄电池
现在的电动汽车，无论是纯电动车还是混电动车，基本都是用的蓄电池。因为相比其他电池，蓄电池的发展时间更长，技术更成熟，同时成本更低。但蓄电池的缺点也十分明显，它的能量密度太低了，平均1千克蓄电池不足0.1千瓦时，也就相当于0.36MJ/Kg，而汽油的热值是46MJ/Kg。即使电动机的能量转换效率是汽油机的3倍，也仍有40余倍的差距。相当于1千克汽油干的事，你要拿40千克的电池来办。
蓄电池低能量密度的特点导致了现在的电动车重量居高不下，因为其光电池就重约一吨。而且还只相当于30多升汽油。
第二个，燃料电池。它是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它和蓄电池的工作原理比较相似，但蓄电池是将电能储存起来，其化学反应可逆。燃料电池是在发电，其化学反应不可逆。燃料电池的起步较晚，所以技术相对而言没有那么成熟。日本研究燃料电池几十年了，也没有将燃料电池技术大规模商用化。反而在我国，随着天然气使用的进一步普及，肯能会给燃料电池的发展带来新的活力。要论能量密度，燃料电池能将燃料的大部分能量转化为电力，能量密度当然非常高。
第三个，超级电容电池。电容，这东西在生活中很常见，她就是一个储电源器件，其作用就是储存电荷，然后在需要的时候释放。但是一般的电容所储存的电荷非常少，能量密度甚至远低于蓄电池。不过近年来随着对超级电容的研究，电容能储存的电量变得越来越大，现在已经可达10KWh/Kg，如果算上能量转化效率，这种能量密度已经跟汽油的效率相差不多了。关键的是超级电容电池充电只需要几分钟，这对比蓄电池来说要好太多了，而且它能大电流放电，这又是一大优点。但超级电容电池现在技术依然不太成熟，而且成本太高。
下面我们来了解一下主流电动车型的电池
首先，行业标杆特斯拉model s。目前的特斯拉Model S采用的是来自松下的18650电池，其电池板共包含了7000多节18650钴酸锂电池，重达900公斤。钴酸锂电池，也是一种蓄电池，结构稳定、比容量高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。实际上，特斯拉选择了一种比较直接，也比较保险的方式。钴酸锂电池是一种比较老的技术，非常成熟，成本也相对较低。但由于其安全性较差，所以不得不用较小型号的18650电池，这样才不至于一发生意外就引起整个电池的爆炸。当然，小型化的代价是总重量增加以及成本的增加。因为每一个单体电池都要设置传感器，感知每块电池的工作状态和温度情况，由电池控制系统进行控制，防止出现过热短路温度差异等危险情况。 使用较小的单体电池，是特斯拉体重和价格居高不下的原因。
特斯拉model s的电池，密密麻麻的18650电池竟然有7000多颗
再来看一看比亚迪e6的电池。比亚迪e6使用的是磷酸铁锂电池，从本质上讲它仍然是一种蓄电池，它不同于特斯拉使用的钴酸锂电池的是，它的正极材料使用的是磷酸铁锂，而钴酸锂电池使用的是钴酸锂。现在两种电池的负极都是用的氢，当然是被储氢材料吸附的氢。磷酸铁锂电池即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性很好。而且循环寿命更好，能达到2000次，这就大大增加了它的使用寿命。由于钴的价格很高，磷酸铁锂电池对比钴酸电池成本更低。得益于较高的安全性较高，磷酸铁锂电池可以把电池单体做得更大，这就意味着更高的能量密度和更低的成本。但毕竟磷酸铁锂电池是一个较新的东西，技术肯定比不上钴酸锂电池成熟。所以比亚迪在电池方面已经做得够好了，把一个新技术做得可以民用了。
比亚迪e6的电池，由90块铁电池单元组成
现在的大部分混合动力车都是用的镍氢电池，以丰田普锐斯为代表的很多混合动力汽车均采用此类电池作为储能元件。由于电池单体电压仅为1.2V，是锂电池的1/3，因此在需求电压一定的情况下，其电池组的体积要比锂电池大上一些。镍氢电池具有“记忆效应”，即电池在循环充放电过程中容量会出现衰减，而过度充电或放电，都可能加剧电池的容量损耗。但是这一点对于拥有拥有发动机的混合动力车来说并不重要，因为混合动力车的发动机会经常对电池进行充电。正是由于镍氢电池的低成本，才会受到混合动力车的青睐。
现在市售的电动车，无论是混合动力车和纯电动车，其电池都是蓄电池。无论怎么改进蓄电池都有两大致命弱点，第一，非常低的能量密度，第二，很长的充电时间。我们来看一下蓄电池的充放电原理就清楚。电动汽车用的蓄电池在放电的时候都是由氢原子放出一个电子，经过导线和电动机，流到正极，也就是钴酸锂和磷酸铁锂这一端。在这个过程中，就只有氢原子的电子起了作用，其他的所有包括储氢材料、电解液等其他所有辅助材料都是这个反应必备的铺垫。相当于说，只有一个氢原子是主角，其他所有的都是配角，大量的重量被浪费掉了。在充电的时候，这个过程就会反过来，一旦充电过快，电池两级的物质就可能发生不同化学反应从而变成其它物质，导致电池使用寿命降低。
电池技术前瞻
未来电动汽车的电池依然会在三个方向上发展：蓄电池、燃料电池、超级电容电池。
在蓄电池方面，人类的研究已经进行了百余年了。各家车企也在加紧研制新的蓄电池，在未来几年内，蓄电池依然是纯电动车的绝对主力。即将上市的特斯拉model3将对电池进行升级，其一，加大单个电池，不知道安全性是否仍能保持，不过这点不重要。其二，正极材料将使用硅石墨烯，这将大大增强正极的储氢量，这是因为石墨烯能吸附更多的氢。现在，石墨烯的价格依旧异常昂贵，且产量稀少，不知道特斯拉怎么解决这一问题。不过增强安全性与增加储氢量是蓄电池发展的趋势。
现在，各个汽车厂商只是提供了电池解决方案，蓄电池再怎么改进也不是黑科技，它的储能极限已经快被人类挖尽。要想增强电池的性能，就必须依靠新的科技。
在燃料电池方面，丰田走在了世界的前列，2015年采用氢燃料电池动力的丰田Mirai就已经上市，然后就没有然后了。随着氢气制造和加气站等问题的暴露，丰田的氢燃料电池似乎走进了死胡同，但毕竟丰田的燃料电池技术是发展起来了。在我国，应该发展的燃料电池是天然气燃料电池，我们毕竟有南海的天然气资源和直通俄罗斯的天然气管道，但在有天然气内燃机的情况下，天然气燃料电池似乎并不热门。所以，在我国似乎没有企业去发展燃料电池。不过，燃料电池终究还是要依靠燃料来进行发电，在目前节能减排的大环境下市场有限。
从丰田Mirai的结构图中我们可以看出，丰田依然只是提供了一个解决方案，并没有什么黑科技。储氢依然使用的储氢罐，压力大了容易爆炸，压力小了，嘿嘿，氢气的密度可是很低的。这就导致了它的最大功率只有113千瓦，必须要靠动力电池来提供额外动力。难怪Mirai就没有然后了。
石墨烯，这个不起眼的小玩意，能给未来的能源和汽车带来怎样的变化呢?
超级电容电池。笔者认为有必要再跟大家解释一下它的优点。
第一， 在目前，它的能量密度就能与化石燃料相媲美;
第二， 短至几分钟的时间就能充满电;
第三， 高达数千次使用寿命;
第四， 绝对环保无污染;
第五，瞬间放电能力极好，而且不影响寿命。这些优点直接让它与其它电池拉开了巨大差距，谁掌握了这项技术就将赢得未来的电动汽车市场。
原标题：试论各家电动车的电池技术
