電動汽車變超大號“充電寶”

徐鵬暉

電能在現代社會的日常生活生產中扮演著舉足輕重的作用，電能的儲存和運輸也由此成為科學研究中的一個重要議題。電池作為最常見的一種電能儲存器件已經滲透到了我們生活的方方面面，電子產品、電動汽車上都有它的身影。本文將以電動汽車電池和手機電池的容量換算為例，帶大家從容量的角度重新認識我們生活中的電池。

反向充電的妙用

電動汽車在國家大力推動新能源產業的當下已經越來越常見了，充電樁也是隨處可見。但是在2020年8月，當一位電動汽車車主將車停在日本橫濱的電動汽車技術互動體驗館旁，并把電槍插在車上時，奇怪的事情發生了一車輛并沒有被充電，而是在給體驗館反向供電。這樣一來，車主可以利用車輛內部多余的電能支付停車費，而體驗館也可以用這些閑置的電能供應館內設施的耗能。因此，你在咖啡館里玩手機所用掉的電，說不定就來自窗外電動汽車里的蓄電池。電動汽車將不再只是以交通運輸的方式融入社會。

這種“反向充電”的操作之所以能夠實現，是因為一種叫V2G（Vehicle-to-grid，車輛到電網）的技術。使用了V2G技術的充電樁，可以和電動汽車實現雙向充放電。當電動汽車需要充電時，充電樁從電網將電能輸送給車輛;而當車輛的電能閑置不用時，充電樁也可以把車輛中的電能輸送給電網。當電動汽車的數量鋪開以后，V2G技術就可以做到“削峰填谷”：在用電高峰時從車輛中提取閑置起來的電能緩解電網壓力，在用電低谷時給車輛充電減少車組電價支出。

電量盡在掌握

電動汽車里的電夠用嗎？一輛電動汽車能有多少電供給電網呢？接下來，我們就來計算一下，如果把電動汽車當成一個超大號的“充電寶”，能給多少臺手機充電。

根據能量守恒定律，如果充電的時候沒有發生損耗，那么電動汽車蓄電池里的電能將全部被轉移到手機的電池里。所以我們需要先知道電動汽車蓄電池和手機電池的電池容量。

盡管不同廠家生產的電動汽車電池在容量、電壓等參數上差別較大，但整體來看，電動汽車電池所儲存的能量的數量級在1～10千瓦·時，也就是1～10度電。

而手機電池一般采用的是鋰離子電池，這種電池使用壽命長、沒有記憶效應。甚至在早些年的時候手機電池是可以拆卸下來的，而隨著手機集成度的提升，電池也逐漸變成了現在的一體化設計。

手機電池所儲存的能量大概在10瓦·時左右，也就是1%度電。這樣換算下來，一輛電動汽車可以給100～1000臺手機充電。

以上計算是建立在電動汽車電池里的能量可以100%轉移到手機電池里的前提上，中途不考慮任何損耗。但在實際傳輸過程中，電路電阻的發熱會造成一定能量損失，而且電池的充放電效率和具體的充放電條件相關，比如電流強度大小、充放電電壓、是否過充過放等，不匹配的充放電條件會造成電能儲存和釋放效率的下降，加大損耗。這些也許會影響到計算結果的具體數值，但結果的數量級應該還是正確的。我們依然可以說，一輛電動汽車的電大概可以供給數百臺手機使用。

另外，充電寶的外殼上也會標有容量和電壓，大家可以參考以上的計算過程，算算看你的充電寶能給手機充多少次電。

知識鏈接

同樣是電池，為何電動汽車電池和手機電池在存儲電能方面會有這么大的區別呢？其實這和兩種電池的組成和電池結構有關。

對于電動汽車電池，滿足大容量需求的最簡單做法就是將多節電池串聯或并聯起來形成一個容量更大的電池組。這個方法雖然簡單粗暴，但是非常有效。另外，電動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。以前常見的鉛酸電池目前反而不怎么在電動汽車上出現了，因為這種電池一方面比能量低，另一方面容易給環境造成污染。

對于手機電池來說，現在最為常見、使用最為廣泛的是鋰離子電池，這種電池的優勢在于比能量高、循環壽命長、自放電小等。同時科學家們也在研究一種新型的電池，叫做固態電池。固態電池將不再有液態的電解液，取而代之的是固體電解質。這種電池安全性好，比能量也比液態鋰電池高。