撰文/徐鹏晖（中国科学院国家空间科学中心）
导语：电能在现代社会的日常生活生产中扮演着举足轻重的作用，电能的储存和运输也由此成为科学研究中的一个重要议题。电池作为最常见的一种电能储存器件已经渗透到了我们生活的方方面面，电子产品、电动汽车上都有它的身影。本文将以电动汽车电池和手机电池的容量换算为例，带大家从容量的角度重新认识我们生活中的电池。
反向充电的妙用
电动汽车在国家大力推动新能源产业的当下已经越来越常见了，充电桩也是随处可见。但是在2020年8月，当一位电动汽车车主将车停在日本横滨的电动汽车技术互动体验馆旁，并把电枪插在车上时，奇怪的事情发生了——车辆并没有被充电，而是在给体验馆反向供电。这样一来，车主可以利用车辆内部多余的电能支付停车费，而体验馆也可以用这些闲置的电能供应馆内设施的耗能。因此，你在咖啡馆里玩手机所用掉的电，说不定就来自窗外电动汽车里的蓄电池。电动汽车将不再只是以交通运输的方式融入社会。
通过V2G技术，车主可以利用车辆内部多余的电量支付停车费
这种“反向充电”的操作之所以能够实现，是因为一种叫V2G(Vehicle-to-grid，车辆到电网)的技术。使用了V2G技术的充电桩，可以和电动汽车实现双向充放电。当电动汽车需要充电时，充电桩从电网将电能输送给车辆；而当车辆的电能闲置不用时，充电桩也可以把车辆中的电能输送给电网。当电动汽车的数量铺开以后，V2G技术就可以做到“削峰填谷”：在用电高峰时从车辆中提取闲置起来的电能缓解电网压力，在用电低谷时给车辆充电减少车组电价支出。
电量尽在掌握
电动汽车里的电够用吗？一辆电动汽车能有多少电供给电网呢？接下来，我们就来计算一下，如果把电动汽车当成一个超大号的“充电宝”，能给多少台手机充电。
根据能量守恒定律，如果充电的时候没有发生损耗，那么电动汽车蓄电池里的电能将全部被转移到手机的电池里。所以我们需要先知道电动汽车蓄电池和手机电池的电池容量。
尽管不同厂家生产的电动汽车电池在容量、电压等参数上差别较大，但整体来看，电动汽车电池所储存的能量的数量级在1~10千瓦·时，也就是1~10度电。
而手机电池一般采用的是锂离子电池，这种电池使用寿命长、没有记忆效应。甚至在早些年的时候手机电池是可以拆卸下来的，而随着手机集成度的提升，电池也逐渐变成了现在的一体化设计。
电量在某些方面其实和水流非常相似，电流强度、电压和电池容量可以类比成水流的速度、驱动水流的压力和蓄水池的容积。
手机电池所储存的能量大概在10瓦·时左右，也就是1%度电。这样换算下来，一辆电动汽车可以给100~1000台手机充电。
以上计算是建立在电动汽车电池里的能量可以100%转移到手机电池里的前提上，中途不考虑任何损耗。但在实际传输过程中，电路电阻的发热会造成一定能量损失，而且电池的充放电效率和具体的充放电条件相关，比如电流强度大小、充放电电压、是否过充过放等，不匹配的充放电条件会造成电能储存和释放效率的下降，加大损耗。这些也许会影响到计算结果的具体数值，但结果的数量级应该还是正确的。我们依然可以说，一辆电动汽车的电大概可以供给数百台手机使用。
锂离子电池的结构图
另外，充电宝的外壳上也会标有容量和电压，大家可以参考以上的计算过程，算算看你的充电宝能给手机充多少次电。
知识链接：
同样是电池，为何电动汽车电池和手机电池在存储电能方面会有这么大的区别呢？其实这和两种电池的组成和电池结构有关。
钠硫电池示意图
对于电动汽车电池，满足大容量需求的最简单做法就是将多节电池串联或并联起来形成一个容量更大的电池组。这个方法虽然简单粗暴，但是非常有效。另外，电动汽车电池的种类也非常丰富，比较典型的有磷酸铁锂电池、钠硫电池、氢氧燃料电池等。以前常见的铅酸电池目前反而不怎么在电动汽车上出现了，因为这种电池一方面比能量低，另一方面容易给环境造成污染。
对于手机电池来说，现在最为常见、使用最为广泛的是锂离子电池，这种电池的优势在于比能量高、循环寿命长、自放电小等。同时科学家们也在研究一种新型的电池，叫做固态电池。固态电池将不再有液态的电解液，取而代之的是固体电解质。这种电池安全性好，比能量也比液态锂电池高。
固态锂电池与液态锂电池的区别示意图
本文来自：《知识就是力量》杂志社
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