”純電動汽車(EV)用起來到底怎么樣？” 應(yīng)該有很多讀者都有這種疑問。

　　EV與汽油車相比運行成本低，不排放破壞環(huán)境的有害物質(zhì)(二氧化碳和氮氧化物)，作為汽車的未來形態(tài)頻繁成為熱門話題。另外，發(fā)生災(zāi)害時還能當(dāng)電源使用，所以在東日本大地震后關(guān)注度進一步升高。但如果被人問”想買嗎？”，則很難點頭。目前在街上EV也確實還不多見。

　　消費者猶豫要不要買的主要原因應(yīng)該是充電一次可行駛的續(xù)航距離太短。例如，2013年8月日產(chǎn)汽車官網(wǎng)上記載的EV”LEAF”(中國名：聆風(fēng))的官方續(xù)航距離(JC08模式)為228km。比過去大幅延長，理想的情況下能在東京-宇都宮間往返。

　　另外，還存在充電基礎(chǔ)設(shè)施的問題。電池沒電了怎么辦？而且使用期間充電電池還會劣化。不消除這些擔(dān)憂，EV就難以普及。

　　筆者前不久碰巧乘坐了一次EV出租車。慶幸之余，筆者問出租車司機，”純電動汽車怎么樣??？”?！卑。涮祀姵叵挠绕淇?。暖氣好像很費電”。

　　這個回答有點令筆者意外。EV提高燃效的關(guān)鍵在于暖氣。自19世紀(jì)后半期發(fā)明汽車后，100多年來一直是通過發(fā)動機這一內(nèi)燃機構(gòu)燃燒燃料，把燃燒獲得的能量轉(zhuǎn)換成動力來驅(qū)動汽車。為了不讓發(fā)動機過熱，會邊通過冷卻裝置冷卻邊行駛，因此我們一直含糊地認(rèn)為”熱”是個障礙。但在EV時代，”熱”則變得非常寶貴。

　　隨著EV時代的到來，有一項技術(shù)被重點提出，那就是蓄熱技術(shù)。雖然作為驅(qū)動源的充電電池也發(fā)熱，但與發(fā)動機的發(fā)熱相比并不大?，F(xiàn)在車內(nèi)暖氣使用的發(fā)動機余熱的喪失，意味著冬天提高EV續(xù)航距離需要其他的新熱源，實現(xiàn)這一點的要素技術(shù)之一就是蓄熱技術(shù)。

　　行業(yè)的目標(biāo)值是1000kJ/kg

　　冬天為了使車內(nèi)保持一定的溫度，EV的用電量容易增大。因為外部空氣與車內(nèi)的溫差有可能比夏天還大。例如，室外溫度零下時，要想使車內(nèi)溫度保持在20℃左右，溫差就超過了20℃。當(dāng)然，夏天的冷氣也消耗電力，但假如在室外溫度為35℃時把車內(nèi)溫度設(shè)定為25℃，其溫差也只有10℃。為了冬天不過度消耗充電電池中存儲的電力，確保新的熱源也是純電動汽車不可或缺的重要技術(shù)。因此，眾多汽車廠商對新蓄熱技術(shù)的出現(xiàn)給予了熱切關(guān)注。

　　如果能開發(fā)出具備高蓄熱特性的新技術(shù)，其涉及的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅是EV。以家庭和辦公室等使用夜間電力的冷暖氣系統(tǒng)為首，有望廣泛用作社會整體的能源對策。

　　表示蓄熱技術(shù)特性的指標(biāo)之一是蓄熱密度，是指1kg材料能存儲多少熱量，單位為”kJ/kg”。為將來用于EV，作為汽車相關(guān)行業(yè)研發(fā)目標(biāo)之一的蓄熱密度為低溫區(qū)(0～100℃)”1000kJ/kg”。當(dāng)然，使用大量蓄熱材料(介質(zhì))就能大量蓄熱，但配備于汽車的話，最好能以盡量小的重量和體積大量蓄熱。因此，作為未來目標(biāo)，提出了1000kJ/kg的目標(biāo)值。當(dāng)然，這并不是能立即實現(xiàn)的值，”1000”這個數(shù)字只是目前的挑戰(zhàn)目標(biāo)。

　　那么，這個數(shù)值究竟是什么水平呢？以最常見的蓄熱材料(介質(zhì))”水(H2O)”為例，我們在小學(xué)的自然科學(xué)課上學(xué)習(xí)過，”世界上升降溫最慢的物質(zhì)就是水”。實際上，無論是冬天使用的”熱水袋”，還是利用夜間電力的”冰蓄冷”，都利用了水作為蓄熱材料的效果。水的蓄熱密度在低溫區(qū)約為340～400kJ/kg。由此可知，實現(xiàn)1000kJ/kg需要使用蓄熱密度約為水的3倍的材料。

　　能以較輕的重量存儲大熱能的作用非常大。這與充電電池同理。如果能在較輕的重量中高效蓄熱，就有望用于有重量限制的汽車和飛機等。從身邊的例子來看，有停電后仍可使用的冰箱、保暖性出色的住宅、能長久保溫的暖瓶以及帶制冷劑的飯盒等，應(yīng)用范圍非常廣。

　　實現(xiàn)目標(biāo)的兩條路

　　通過輕松局部蓄熱，例如組合使用家用空調(diào)和蓄熱材料，利用夜間電力蓄熱的話，有望大幅節(jié)電，而且有助于耗電量的平均化。利用夜間電力制冰或燒水，用于白天的冷氣和暖氣的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)實用化。據(jù)估算，如果熱泵蓄熱中心利用夜間蓄熱，能把白天的最大用電量削減2成。

　　工業(yè)用途的蓄熱材料大多利用潛熱蓄熱材料。潛熱蓄熱材料是指，從液體變?yōu)楣腆w，或從固體變?yōu)橐后w時，能存儲或釋放熱能的物質(zhì)。例如，把滿滿一桶水放在零下30℃的溫度下，水會逐漸結(jié)冰。但在完全凍住之前，桶中的水溫為0℃。也就是說，水會持續(xù)釋放0℃的熱能。反之，把滿滿一桶冰放在零上30℃的溫度下，在冰完全融化之前，桶內(nèi)的水溫也保持在0℃。水處于持續(xù)吸熱(蓄熱)的狀態(tài)。

　　已經(jīng)實用化的潛熱蓄熱材料除了水以外還有很多。例如，氯化鈣水和物、硫酸鈉水和物、醋酸鈉水和物等無機水和物，以及石蠟等有機物化合物。不過，蓄熱密度都跟水差不多。從身邊的例子來看，已用于制冷劑、冰枕、蓄冷裝置等。

　　那么，蓄熱密度為1000kJ/kg的蓄熱技術(shù)能否實現(xiàn)？業(yè)界以前就設(shè)想過熱量短缺的情況，雖然很多研究機構(gòu)早就自行展開了研究，但直到目前好像還都沒開發(fā)出能實現(xiàn)實用化的技術(shù)。

　　實現(xiàn)1000kJ/kg的蓄熱密度有兩條路可走。一是利用現(xiàn)有蓄熱材料，進一步提高其蓄熱特性。二是開發(fā)新的蓄熱材料。

　　關(guān)于前者，即提高現(xiàn)有蓄熱材料特性的方法，目前正在進行多方面的研究。例如，德國研究機構(gòu)弗勞恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)正與德國ZeoSys公司共同開發(fā)組合使用沸石和水的蓄熱技術(shù)?，F(xiàn)在主要設(shè)想把發(fā)電設(shè)施排放的熱作為水存儲在水罐中的用途。與只使用水相比，利用沸石能存儲3～4倍的熱。這意味著蓄熱容器的尺寸能削減至只使用水時的1/4左右。 沸石是擁有巨大表面積的多孔性礦石。1g沸石顆粒的表面積達到1000m2。沸石顆粒利用巨大的表面積強力吸附水蒸氣。水蒸氣通過物化反應(yīng)變成水時失去的熱移動到了沸石中，而沸石的溫度不會像只使用水時那樣上升。由此，應(yīng)該容易長時間蓄熱。

　　雖然基本原理以前就廣為人知，但并沒有實際作為蓄熱技術(shù)應(yīng)用的例子。研究團隊最初利用1.5L(升)和15L容器驗證了蓄熱工藝的可能性?，F(xiàn)在正以750L的規(guī)模實施削減成本的實驗。該技術(shù)能長時間保存能量，經(jīng)過幾千次循環(huán)也沒發(fā)現(xiàn)劣化，而且不排放有害物質(zhì)，這些優(yōu)點被寄予厚望。

　　魚龍混雜的開發(fā)競爭

　　除此之外，還有很多研究機構(gòu)從同樣的觀點出發(fā)，正在開發(fā)利用納米技術(shù)把蓄熱材料加工成微細(xì)顆粒物的技術(shù)，以及使之附著在具備微孔的材料上的技術(shù)等。

　　另外，也有觀點認(rèn)為光憑現(xiàn)有蓄熱材料的改進難以大幅改善特性。要想取得根本性突破，提高蓄熱材料本身的性能才是捷徑。如果能開發(fā)出特性大幅超過現(xiàn)有蓄熱材料的新材料，就有望一舉降低蓄熱技術(shù)整體的成本。因此，作為研究開發(fā)趨勢，新蓄熱材料的研究日益興起。

　　例如，不利用此前主流的潛熱蓄熱材料型蓄熱技術(shù)，而是利用化學(xué)反應(yīng)的發(fā)熱和吸熱的”化學(xué)反應(yīng)型”方式?；瘜W(xué)反應(yīng)型蓄熱利用伴隨發(fā)熱和吸熱的可逆化學(xué)反應(yīng)。蓄熱利用吸熱反應(yīng)，散熱利用發(fā)熱反應(yīng)。優(yōu)點是，蓄熱密度大，能以一定的溫度發(fā)熱，而且分離反應(yīng)物質(zhì)的話還易于保管。

　　我們身邊的物質(zhì)中，具有代表性的例子是在運動場上畫線時使用的水氧化鈣(熟石灰)。為水氧化鈣加熱的話，會產(chǎn)生氧化鈣(生石灰)和水。反之，在氧化鈣中加水，會發(fā)熱生成水氧化鈣。這種化學(xué)性吸熱和發(fā)熱反應(yīng)有望用于蓄熱。

　　氧化鈣也是用作食品干燥劑的常見物質(zhì)。這種干燥劑加入水分后會迅速發(fā)熱，因此干燥劑上都有”請勿沾水”的提醒。干燥劑是把氧化鈣和水分離后密封的，有時還用來給便當(dāng)和罐裝日本酒加熱。氧化鈣與水的反應(yīng)熱為1500kJ/kg。很多觀點認(rèn)為，如果靈活控制反應(yīng)的機制能實現(xiàn)實用化，將成為重大突破。

　　另外，東京大學(xué)與美國麻省理工學(xué)院(MIT)的共同研究團隊還積極展開了材料開發(fā)，比如利用分子動力學(xué)模擬來設(shè)計蓄熱材料等。此外，最近1～2年，與熱傳導(dǎo)的重要要素”聲子”有關(guān)的研究(稱為聲子學(xué)的研究領(lǐng)域)突然活躍起來。除蓄熱外還包括隔熱和散熱的熱管理相關(guān)研究也日漸興起。這些研究中或許會誕生超越以往技術(shù)的蓄熱技術(shù)。

　　無論采用哪種方式，總之目前正在積極推進尚未確立的技術(shù)的研究開發(fā)。對全球技術(shù)趨勢非常敏感的歐美風(fēng)險企業(yè)也在自主推進研究開發(fā)，不難想象，圍繞蓄熱技術(shù)將展開激烈的技術(shù)競爭。

　　在不久的將來，如果現(xiàn)在正在進行中的研究開發(fā)取得成功，就能減少EV續(xù)航距離因暖氣和冷氣問題而大幅縮短的擔(dān)心。蓄熱技術(shù)不但是促進EV普及的一大契機，還將成為與蓄電技術(shù)聯(lián)動解決能源問題的核心技術(shù)。

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