（2）研制出成本大幅降低的車用鋰“半固體”流體電池。2011年8月，英國《新科學家》雜志網站報道，美國麻省理工學院材料科學和工程學教授蔣業明領導的一個研究小組，研制出一種新型鋰“半固體”流體電池，其成本僅為現有電動汽車所用電池的1/3，但卻能讓電動汽車一次充電的行駛里程加倍。

現在，電動汽車的發展受制于電池笨重、昂貴且浪費空間。例如，日產公司聆風電動汽車，電池2/3的體積內，充斥著提供結構支持但不產生電力的材料，非常耗電。另外，傳統的電池組包含幾百個電池，每個電池都包含眾多固體電極。這些電極上有金屬箔集電器，采用塑料薄膜分隔。要增加儲能，就要增加電極材料，因此，就需要更多金屬箔和塑料薄膜，使得電池非常笨重。

該研究小組研制出一款名為“劍橋原油”的半固態液流電池，其不僅減少了電池內的“無效材料”，而且提高了電池的能效。

在普通電池內，離子通過液體或粉末電解液，在兩個固體電極之間來回穿梭，迫使電子在連接電極的外部電線上流動來產生電流。而在新電池內，電極為細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿，電池使用兩束泥漿流，一束帶正電，一束帶負電。兩束泥漿都通過鋁集電器和銅集電器，兩個集電器之間有一個能透水的膜。當兩束泥漿通過膜時，會交換鋰離子，導致電流在外部流動。為了重新給電池充電，只需要施加電壓讓離子后退穿過膜即可。

蔣業明表示，他們研制出的鋰“半固體”流體電池，每單位體積傳遞的電力是傳統電池的10倍。新電池每制造出1千瓦時電力的成本為250美元，為現有電池成本的1/3。而且，充電一次，電動汽車可行駛300千米，是現有電池的2倍。

科學家們表示，這種電池有三種充電方式可供選擇：抽出失效的泥漿并注入新鮮的泥漿；前往充電站，在此處用新鮮泥漿取代失效的泥漿；用電流給泥漿重新充電。采用前兩種方法，只需幾分鐘就能給電池充滿電。

美國德雷克塞爾大學德雷克塞爾納米研究所所長尤里·伽戈崔指出，這可能是過去幾十年電池領域最令人興奮的研發。

紐約城市大學能源研究所的丹·施丹戈特表示：“這件技術令人興奮。不過，該研究小組研制出電池模型可能需要幾年時間，建立配套的充電站則可能需要更長時間。”

2010年，蔣業明和其同事克雷格·卡特及斯魯普·萬爾德創辦了一家公司，專門研制這種電池，現在，他們已經獲得了1600萬美元的資助，他們曾希望于2013年研制出電池模型。

（3）開發出可讓汽車拋掉加熱散熱系統而降低成本的車用鋰離子電池。2012年6月12日，物理學家組織網報道，美國馬薩諸塞州一家電池制造商近日宣布，他們開發出一種新型汽車電池，它能在極端溫度下工作，減少甚至取消對加熱散熱系統的需求，為降低電動汽車成本帶來了更多機會。

該公司把這項新技術稱為下一代納米磷酸鹽EXT鋰離子電池技術，它提高了低溫下的功率容量，延長了高溫下的壽命。通過擴展核心技術容量，電池能適應更廣泛的工作溫度。

測試結果顯示，在45℃條件下，電池還能保持超過90%的最初容量，在零下30℃時仍可提供啟動電力。在低溫條件下，納米磷酸鹽EXT電池提供的電量，比標準的納米磷酸鹽化學反應要高出20%～30%；在高溫時，其壽命是普通鋰離子電池的2～3倍，是鉛酸電池的10倍。這種電池技術的問世意味著，即使在極端氣溫條件下，電池包也不需要散熱或加熱，這有望降低電動汽車設計的復雜性，提高性能和穩定性，減少整體成本，為用戶節約大量資金。

參加測試的俄亥俄大學機械工程教授嚴·喬澤耐克指出，新技術“對交通工具（包括新興的微型混合交通工具）的電氣化而言，可能是一種改變游戲規則的電池技術突破”。

公司首席執行官大衛·維約說：“我們認為納米磷酸鹽EXT，克服了目前鉛酸標準鋰離子電池及其他先進電池的關鍵局限。新技術能降低甚至消除對熱量管理系統的需要，大大增加鋰離子電池系列在市場上的應用，為汽車及其他類型電池帶來巨大商機，包括微型混合交通工具、電動車、通信裝備、軍用系統及其他領域。”

《環保汽車報告》分析師約翰·沃爾克說，新技術有助于降低“熱量管理”方面的成本。大部分電動汽車都需要泵式散熱系統，以清除電池包產生的多余熱量，由此散熱系統就消耗了能量，降低了行駛里程。他表示，如果這種新電池技術確實有效，將能減輕重量、減小復雜性，并降低未來插電交通工具的成本，讓電動汽車在市場上更具競爭力。

3.開發充電速度快的車用鋰離子電池

研制電動汽車一分鐘充滿電的表面介導鋰離子電池。2011年9月，美國俄亥俄州耐諾蛻克儀器公司的研究人員，在《納米快報》上發表研究成果稱，他們利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出一種叫作“表面介導電池”的新型儲能設備，可以將充電時間從過去的數小時之久縮短到不到一分鐘。

眾所周知，電動汽車因其清潔節能的特點而被視為汽車的未來發展方向，但電動汽車的發展面臨的主要技術瓶頸就是電池技術。這主要表現在以下幾個方面：一是電池的能量儲存密度，指的是在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小，要解決的是電動車充一次電能跑多遠的問題。二是電池的充電性能。人們希望電動車充電能像加油一樣，在幾分鐘內就可以完成，但耗時問題始終是電池技術難以逾越的障礙。動輒數小時的充電時間，讓許多對電動車感興趣的人望而卻步。因此，有人又將電動車電池的充電性能稱為電動車發展的真正瓶頸。

目前，電池技術主要采用的是鋰電池和超級電容技術，鋰電池和超級電容各有長短。鋰離子電池能量儲存密度高，為120～150瓦/千克，超級電容的能量儲存密度低，為5瓦/千克。但鋰電池的功率密度低，為1千瓦/千克，而超級電容的功率密度為10千瓦/千克。目前大量的研究工作集中于提高鋰離子電池的功率密度，或增加超級電容的能量儲存密度這兩個領域，但挑戰十分巨大。

這項新研究成果通過采用石墨烯這種神奇的材料繞過了挑戰。石墨烯因具有如下特點成為新儲能設備的首選：它是目前已知導電性最高的材料，比銅高5倍；具有很強的散熱能力；密度低，比銅低4倍，重量更輕；表面面積是碳納米管2倍時，強度超過鋼；超高的楊氏模量和最高的內在強度；比表面積（即單位質量物料所具有的總面積）高；不容易發生置換反應。

新儲能設備又稱為石墨烯表面鋰離子交換電池，或簡稱為表面介導電池（SMCS），它集中了鋰電池和超級電容的優點，同時兼具高功率密度和高能量儲存密度的特性。雖然目前的儲能設備尚未采用優化的材料和結構，但性能已經超過了鋰離子電池和超級電容。新設備的功率密度（即電池能輸出最大的功率除以整個燃料電池系統的質量或體積）為100千瓦/千克，比商業鋰離子電池高100倍，比超級電容高10倍。功率密度高，能量轉移率就高，充電時間就會縮短。此外，新電池的能量儲存密度為160瓦/千克，與商業鋰離子電池相當，比傳統超級電容高30倍。能量儲存密度越大，存儲的能量就越多。

這種新電池的關鍵是其陰極和陽極有非常大的石墨烯表面。在制造電池時，研究人員將鋰金屬置于陽極。首次放電時，鋰金屬發生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨烯表面的小孔到達陰極。在充電過程中，由于石墨烯電極表面積很大，大量的鋰離子可以迅速從陰極向陽極遷移，形成高功率密度和高能量密度。研究人員解釋說，鋰離子在多孔電極表面的交換可以消除嵌插過程所需的時間。在研究中，研究人員準備了氧化石墨烯、單層石墨烯和多層石墨烯等各種不同類型的石墨烯材料，以便優化設備的材料配置。下一步將重點研究電池的循環壽命。目前的研究表明，充電1000次后，可以保留95%容量；充電2000次后，尚未發現形成晶體結構。研究人員還計劃探討鋰不同的存儲機制對設備性能的影響。

研究表明，在電動車的駕駛距離相同和貨物重量相同的情況下，表面介導電池的充電時間不到一分鐘，而鋰離子電池則需要數小時。研究人員相信，表面介導電池經過優化后，其性能還會更好。

如果今后電動汽車廣為流行，充電站設置在加油站，其結果將會出現一幅十分有趣的情景，那就是電動車的充電時間將比加油還要快，而且比加油還便宜。研究人員表示，除了電動汽車外，這種表面介導電池還可用于再生能源儲存（如儲存太陽能和風能）和智能電網。

4.研制安全性能高的車用鋰離子電池

（1）開發具有統一安全標準和充電方式的汽車鋰離子電池。2008年10月，日本經濟新聞報道，日本豐田、日產汽車公司及松下電器產業公司等相關企業，將合力開發統一規格的新一代汽車鋰電池，并計劃在2010年前后實現量產。日本企業還力爭在安全標準和充電方式等方面，獲得國際標準化機構的認證，以期在該領域搶奪先機。

新一代鋰離子電池是影響混合動力車和電動汽車性能的關鍵所在。與現在混合動力車使用的鎳氫電池相比，在體積相當的情況下，新一代鋰電池重量將減輕一半，蓄電容量則增加一倍以上，一次充電后行駛里程將大大提高。

日本企業目前在生產大容量鋰電池方面，還處于各自為戰的狀態。三菱汽車公司和富士重工業公司各自搭載鋰電池的電動汽車，將于2009年夏季之后上市銷售；本田汽車公司搭載燃料電池的汽車，預計在年內開始租賃出售；豐田和日產汽車則計劃在2010年前后，分別推出搭載鋰電池的可充電混合動力車和電動汽車。在日本國外，三洋電機和德國大眾公司，也計劃共同開發鋰電池。而在鋰電池安全性能測試等方面，各方均執行各自的安全標準。

各行其是造成新一代鋰電池開發成本高，充電設施無法統一，且難以得到消費者的信任，在國際上也缺乏競爭力的根本原因。日本廠商意識到，盡快統一鋰電池規格及安全標準迫在眉睫。

據悉，具體試驗方法和安全標準方面，主要包括以下內容，一是不能發生電池發熱和起火問題，二是確保電池在汽車碰撞和浸水等狀態下的安全，三是電池和汽車的性能均能得到充分發揮等。

在日本國內，經濟產業省外圍團體的信譽度較高，因此新的鋰電池安全標準和規格有望得到消費者的信任。日本國內企業，將積極開發生產鋰電池和新一代混合動力車及電動汽車，提高在全球的競爭力。環保性能好的汽車產品也將得到進一步普及。

據日本汽車研究所預計，按現在混合動力車的普及程度推算，到2020年日本國內的混合動力車將達到約360萬輛。如果高性能鋰電池得到更多推廣，使用量有可能進一步達到720萬輛的水平。此間媒體評論說，如果日本能在新一代汽車鋰電池的國際標準化認證方面，獲得先機掌握主導權，相關企業必將獲得巨大利益。

（2）通過模塊化設計開發更安全環保的車用鋰離子電池。2015年8月27日，歐盟委員會發布新聞公報說，受歐盟資助的“青獅”項目研究人員在鋰電池研究方面取得突破性進展，這將有助于生產出更安全、更環保，價格也更低的鋰離子電池。

與鎳氫電池等可充電電池相比，鋰電池具有充電時間短、儲能容量大等優勢，因此一經上市，就吸引了電動汽車制造商的注意。但是，鋰電池仍有一些缺陷需要改進，如容易短路、起火等。此外，其造價也相對昂貴。

“青獅”項目研究人員開發出更加環保的電池材料，并減少了化學物質的使用。其新成果包括：改進生產流程，使用水系料漿生產電極，以減少電極生產成本和環境污染；推出新的裝配流程，如使用激光切割和高溫預處理等技術，減少生產電池所需的時間和成本；開發出自動化模塊和電池組裝配線，在提高產出量的同時降低成本；減輕電池模塊重量，使之便于組裝也便于拆解回收。此外，模塊化設計和新材料的使用，還可使回收商更安全地回收舊電池材料，從而減少垃圾。

目前，項目研究人員已擴大生產規模，在一些合作伙伴的試點生產線上測試這些創新工藝。項目合作伙伴大眾、西雅特等汽車品牌還將評估最終組裝好的鋰電池模塊，研究其是否符合電動汽車的技術要求。