通過利用鋰的優勢，電池組可以讓S型車在4.4秒內達到60英里/小時的速度(這是性能最好的版本)。鋰是一種相對較輕的材料，可以迅速釋放大量能量。但是由于這種材料的反應性很強，鋰離子電池需要得到嚴密的保護以避免爆炸。這推高了汽車的制造成本，增加了約500磅的重量，減少了充電之間的行駛里程。即便如此，電池仍有可能過熱并著火，這就是為什么研究人員在美國國家實驗室的幫助下，對新型電動汽車電池技術進行了快速而激烈的研究。年代的政府。
去年夏天，美國能源部高級研究項目能源局(簡稱ARPA-E)向全國各地的研究人員提供了3600萬美元資金，用于重新設計電動汽車電池。這22個得到資助的項目代表了一種安全、低成本、高效的電動汽車的最大希望。
德國巴斯夫公司(BASF)的化學工程師邁克爾•費琴科(Michael Fetcenko)就是在尋找更好的鋰離子電池替代品的人之一。巴斯夫公司擁有鎳氫電池技術的許可。這些電池目前用于氣電混合動力車，但Fetcenko和他的團隊正在利用ARPA-E基金探索NiMH化學是否可以應用于純電動汽車。
關鍵是既要降低成本，又要提高鎳氫電池的能量密度。目前，鎳氫電池的能量密度為1千瓦時。但為了成為鋰離子電池的可行替代品，巴斯夫必須找到一種方法，將能量密度提高到30到50千瓦時。
實現這一目標的一種方法是找到一種替代電池最重要的材料:稀土元素。稀土元素是元素周期表上的17種化學元素，之所以如此命名，并不是因為它們真的很稀有(其中的鈰和銅一樣豐富)，而是因為它們存在于開采和加工成本高昂的礦石中。稀土元素是鎳氫電池的“主力”，提供了電池產生能量所需反應的一半，Fetcenko說。但稀土的儲能能力有限，而且由于必須從中國進口，它們的成本可能不穩定，供應也不確定。
因此，巴斯夫正在尋找開發金屬氫化物合金使用低成本的金屬用于鎳氫電池。Fetcenko認為他們可以改善鎳氫電池的化學特性，使新電池更便宜、更高效。但對于純電動汽車電池來說，鋰電池仍然比鎳氫電池有優勢，因為它的重量要輕得多——這一事實不會因為鎳電池的化學性質發生改變。
Michael Burz希望下一個大型電動汽車電池技術將是zincc -air，他的加利福尼亞公司EnZinc兩年前從美國海軍手中收購了這家公司。有了鋅空氣電池，Burz的團隊正致力于實現電動汽車的三重奏:“高性能、安全、低成本，”他說。他認為他們可以通過改變電池的設計方式來做到這一點。
“在過去的100年里，人們一直在關注同樣的電池結構，”Burz說。這種結構包括三個元素:陽極、陰極和電解質。選擇陽極和陰極材料，使陽極提供電子，陰極接受電子。電解液將陽極和陰極分開，作為離子自由流動的傳輸介質。
在鋰離子電池中，鋰離子通過有機電解液從鋰氧化物陽極運動到碳基陰極。但鋅空氣電池使用空氣作為其陰極。這意味著EnZinc可以將更多的鋅陽極材料裝入電池，從而獲得更大的能量密度。鋅也是一種良性物質——它在電池中的副產品是氧化鋅，而氧化鋅是防曬霜的主要成分。再加上美國經濟增長放緩的事實。S是世界上第三大鋅生產商，你擁有制造安全、低成本、高能量電池的條件。
那么，為什么我們現在還不用鋅空氣電池呢?因為普通版是不能再充電的。“這是一個大難題，”Burz說。一次性鋅空氣電池已經存在了很長時間，并被用于助聽器。為了使這種電池可充電，恩鋅公司正在開發一種鋅陽極在氧氣釋放時再生的電池。工程師們已經在實驗室中實現了這一目標，而ARPA-E的資助給了他們開發原型機的機會。
并不是每個人都在尋找鋰離子電池的替代品。一些研究人員把這項挑戰當作一個巨大的拼圖游戲，專注于改進電池的一個方面。例如，Gabriel Veith和他在田納西州橡樹嶺國家實驗室的團隊正試圖減輕電池周圍保護系統的重量。
Veith是一名材料科學家，他回憶起他和他的同事們在走廊里提出了他對ARPA-E的建議的那一天:開發一種電解質材料，它也可以作為電池安全系統的一部分。
“一旦發生事故，它將經歷一個階段的變化，并將成為一個不可逾越的障礙，”Veith說，希望能防止最近困擾特斯拉的那種與碰撞有關的火災。他的團隊現在面臨的挑戰是如何讓材料反應足夠快。“如果5分鐘就發生相變，對我們沒有任何好處，”他說。“我們希望它立即發生。”
伊利諾伊理工學院的卡洛•塞格雷希望通過讓充電過程更像加油站加油，消除困擾當今電動汽車駕駛者的里程焦慮。Segre的團隊正在設計一種電池，它包括兩個液體電極和懸浮在液體中的納米粒子電解質。因為電極是液態的，也許有一天可以像給汽車加滿汽油那樣替換電極。
Segre說:“你要做的就是在加油站停一下，把油關掉。”“你可以在幾分鐘內上路，而不用花多長時間給電池充電。”
與其他ARPA-E項目一樣，Segre至少需要三到五年才能知道他的項目是否會成功。“這就是ARPA-E的全部意義所在，”他說。“(他們)不拿有把握的東西。”
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