鋰電池的三大接班技術(shù)

手機(jī)、平板電腦、各種可穿戴設(shè)備的發(fā)展如火如荼，然而，電池卻成了制約所有這些移動(dòng)電子設(shè)備發(fā)展的瓶頸之一。大多數(shù)剛開(kāi)始用智能手機(jī)的用戶都會(huì)對(duì)電池的續(xù)航能力感到失望——以往可以使用4-7天的手機(jī)電力，現(xiàn)在需要每天充電。

鋰離子電池是目前二次充電電池中最為主流，且被投資者和從業(yè)者都看好的方向，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，其能量密度要達(dá)到成倍的改進(jìn)，其可能性并不大。從智能手機(jī)來(lái)看，人們上網(wǎng)的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，網(wǎng)速越來(lái)越快，支撐芯片也必須越來(lái)越快;同時(shí)屏幕也越來(lái)越大，盡管有各種節(jié)能改進(jìn)，但能量的消耗確卻是在不斷增加的。據(jù)中國(guó)科學(xué)院電池領(lǐng)域的國(guó)際專家張躍剛博士稱，現(xiàn)在要在智能手機(jī)上實(shí)現(xiàn)一塊充電電池使用一周，目前突破的可能性不大。

能量密度是檢驗(yàn)電池品質(zhì)的核心指標(biāo)之一，改善的目標(biāo)是在重量越輕、體積越小的電池包中存儲(chǔ)越來(lái)越多的能量。以我們熟悉的廠商比亞迪的鋰電池為例，其目前按照重量和體積分別可達(dá)到的實(shí)際比能量為100-125瓦時(shí)/公斤和240-300瓦時(shí)/升，特斯拉電動(dòng)汽車Model S所使用的松下筆記本電池的能量密度為170瓦時(shí)/公斤。在我們此前的報(bào)道中，美國(guó)創(chuàng)新蓄電公司(Enevate Corporation)通過(guò)對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料的改進(jìn)，可以將電池能量密度提升30%以上。

想要成倍提升電池能量密度，必須依靠下一代電池技術(shù)。張躍剛博士向我們推薦了以下三大熱門電池技術(shù)，它們大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。雖然距離商業(yè)化投產(chǎn)還有相當(dāng)長(zhǎng)一段路，但我們相信移動(dòng)電子設(shè)備的飛速發(fā)展會(huì)令電池領(lǐng)域的投資增加，從而在一定程度上加速技術(shù)和商業(yè)方面的突破。

鋰硫電池

鋰硫電池是鋰電池的一種，它是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池，其理論能量密度是鋰離子電池的5倍左右，目前尚處于初期研發(fā)階段。

鋰硫電池是目前鋰電池之外被廣泛看好的新一代鋰電池，目前投入該領(lǐng)域研究的實(shí)驗(yàn)室和各種早期資金，在商業(yè)化方面的前景被一致看好。

然而，鋰硫電池面對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)也很大，特別是電池負(fù)極材料使用化學(xué)性質(zhì)及不穩(wěn)定的金屬鋰，這對(duì)于電池的安全是極大的考驗(yàn)。此外，在穩(wěn)定性、配方、工藝等諸多方面仍然面臨很多未知的挑戰(zhàn)。

目前在英國(guó)、美國(guó)都有不止一家機(jī)構(gòu)投入鋰硫電池的研究，有些公司此前宣稱今年將推出產(chǎn)品。張躍剛博士在伯克利大學(xué)實(shí)驗(yàn)室也在研究鋰硫電池，從實(shí)驗(yàn)室結(jié)果來(lái)看，其成果令人滿意，電池在較為苛刻的測(cè)試環(huán)境下，循環(huán)次數(shù)達(dá)到了3,000次以上。

鋰空氣電池

鋰空氣電池是一種用鋰作陽(yáng)極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。由于陽(yáng)極金屬鋰的質(zhì)量很輕，而與之反應(yīng)的陰極反應(yīng)物氧氣就存在與自然環(huán)境中，無(wú)須保存在電池里，所以其理論能量密度是鋰離子電池的近10倍。

鋰空氣電池在技術(shù)方面的挑戰(zhàn)更多，除了金屬鋰的安全保存問(wèn)題外，氧化反應(yīng)后形成的氧化鋰性質(zhì)過(guò)于穩(wěn)定，必須借助催化劑才能完成還原反應(yīng)。此外，電池的循環(huán)次數(shù)問(wèn)題始終沒(méi)有解決。

相比于鋰硫電池，鋰空氣電池處于更為早期的研究中，目前還沒(méi)有公司投資進(jìn)行商業(yè)研究開(kāi)發(fā)。

鎂電池

鎂電池是以以鎂為負(fù)極，某些金屬或非金屬氧化物為正極的原電池。相比于鋰電池，鎂電池具有更好的穩(wěn)定性，壽命更長(zhǎng)。由于“鎂”是二價(jià)元素，所以雖然其質(zhì)量大于金屬鋰，但能量密度可能比鋰更具優(yōu)勢(shì)。

鎂電池與鋰空氣電池目前處于差不多的研究階段，日本豐田汽車和美國(guó)麻省理工學(xué)院旗下研究機(jī)構(gòu)都在做鎂電池的研究，但其距離商業(yè)化發(fā)展仍然具有相當(dāng)長(zhǎng)的道路。