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第253話：電池重量，ZERO？

­汽油車要跑得遠，油相要大顆；電動車要跑得遠，電池要大顆。

這不是廢話嗎？沒錯，不過電池一大顆，體積變大、重量變重，車子也需要變得更大更重，於是耗電又變更快，搞不好一來一往，裝了大顆電池以後，續航力反而變小。

不過免驚！今天要介紹的是「重量＝0」的電池！

喂喂喂，我們可是物理系的網站，講這種顯然違反物理定律的話可以嗎？

其實，並沒有違反物理定律喔！那是怎麼做到的？

我們要製造一輛車，它的殼，也就是車體結構一定要夠堅固，才可能通過各種安全標準，然後在這個殼裡面裝上電池馬達（電動車的話）以及各種機械與電子設備，讓這輛車能夠在人（或者是AI）的控制下行動，到達我們想要到的地方。所以這輛車的重量就是上述所有的東西加起來，對了還要加上坐在上面的人的體重；而它用來移動的能量來源，就藏在那顆電池裡。

電池的材料與設計，當然就是要儲存電能，盡可能要提高「能量密度」：也就是「電池每公斤的重量能夠儲存的電能」，單位是「Wh/kg」，也就是「瓦×小時／公斤」。目前車用鋰電池，能量密度大約為 250 Wh/kg 上下，就是一公斤重的電池，可以儲存 900,000 焦耳的電能。而汽油的能量密度大約在每公斤 47,000,000焦耳，相差幾乎 50 倍，雖然電動車的能源轉換效率比汽油車的引擎來得高，不過還是很難弭平這個落差。因此找到能量密度更高、而且安全的材料來製造車用電池，是當務之急。

不過如果跳脫「要存很多電就要放一顆超大電池」的想法，改成「做車殼的材料能不能也拿來充電？」的話，那就「車殼即電池、電池即車殼」，不必為了提供電能而增加車子的重量，因為只要把電能充進本來就必要的汽車結構就行了。所以其實不是「重量為零的電池」，而是「為了放電池所增加的汽車重量為零」。

這種概念，稱為「結構電池」（structural battery）。其實這不是什麼新概念，從 2007 年就有人開始研究了。其中有個「系出名門」的車種，由 MIT 跟藍寶堅尼聯手打造的電動概念車Terzo Millennio，就是把電源（它用的是超級電容器而不是電池）跟輪胎整合在一起。

瑞典 Chalmers 科技大學的Leif Asp教授團隊開發了一種新的結構電池，是利用碳纖維作為負極，以及表層包覆磷酸鋰鐵的鋁箔作為正極，中間以玻璃纖維絕緣，可以達到 24 Wh/kg 的能量密度，當然還是比現有的電池低滿多的，不過這個電池的材料強度可以達到 25 GPa，已經可以跟一般的建築材料匹敵。

Asp教授仍在持續改進這個電池的設計，他預期應該可以達到75 Wh/kg 的能量密度以及 75 GPa 的強度，可以作為車體結構一部份的「零重量電池」，甚至是「重量為負的電池」，因為這種材料比現有的鋼材更輕。其實要是電還是不夠用的話，既然重量已經減輕了，就再塞一顆「不是那麼大」的傳統電池，好像也是可以接受的喔！

Chalmers University of Technology 新聞稿（2021/03/22）：https://www.chalmers.se/en/departments/ims/news/Pages/Big-breakthrough-for-%E2%80%99massless%E2%80%99-energy-storage.aspx

Advanced Energy and Sustainability Research論文（2021/01/27）：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aesr.202000093