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編者按：電動技術(shù)是綠色地球的未來，而電池技術(shù)是電動技術(shù)的基礎(chǔ)，也是制約電動技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。目前的主流電池技術(shù)是鋰離子電池，這種電池能量密度不錯，效能較高。但是鋰屬于稀有元素，成本高資源有限；同時隨著可再生能源的使用增長，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)不再足夠。如何應(yīng)對？Mayank Jain盤點了一些未來可能會采用的電池技術(shù)。原文發(fā)表在medium上，標(biāo)題是：The Future of Battery Technology

現(xiàn)在的地球充滿了能量，而我們正竭盡所能去捕獲和利用好那些能源。盡管我們在朝著可再生能源轉(zhuǎn)變的過程已經(jīng)做得更好，但在儲存能量的事情上我們還沒有什么進(jìn)展。

目前，電池技術(shù)的最高標(biāo)準(zhǔn)是鋰離子電池。這種電池似乎具備最佳的能量密度，效能高（約99％），并且使用壽命很長。

那有什么問題呢？隨著我們捕獲的可再生能源不斷增長，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)不夠了。

由于我們可以不斷批量生產(chǎn)電池，這似乎沒什么大不了，但問題是鋰是一種相對稀有的金屬，因此，它的成本不低。盡管電池的生產(chǎn)成本在下降，但對能量儲存的需求也在迅速增加。

我們已經(jīng)到達(dá)了這么一個時點，一旦制造出克替代鋰離子的電池，將會對能源行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

化石燃料能量密度更高是事實，這是妨礙朝著完全依賴可再生能源轉(zhuǎn)變的一個巨大的影響因素。我們需要排放能量高于自身重量的電池。

鋰離子電池是如何工作的

鋰電池的工作機制跟普通AA或AAA化學(xué)電池類似。它們有陽極端子和陰極端子，以及在兩者之間的電解質(zhì)。跟普通電池不同的是，鋰離子電池中的放電反應(yīng)是可逆的，所以電池可以反復(fù)充電。

陰極（+端子）由磷酸鐵鋰制成，陽極（-端子）由石墨制成，而石墨就是碳制成的。電只是電子的流動。這些電池通過讓鋰離子在陽極和陰極之間移動從而產(chǎn)生電流。

充電時，離子移動到陽極，放電時離子就跑到陰極。

離子的這種運動導(dǎo)致電子在電路的移動，所以說鋰離子運動和電子運動是相關(guān)聯(lián)的。

硅陽極電池

很多像寶馬這樣的大型車企一直在投入資金開發(fā)硅陽極電池。就像普通的鋰離子電池一樣，這些電池用鋰陽極，但是它們不用碳基陽極，而是用硅。

作為陽極，硅比石墨好用的原因在于需要4個碳原子才能hold住鋰，而1個硅原子就能hold住4個鋰離子 。這是一次重大升級……使得硅的性能比石墨強了3倍。

盡管如此，鋰的使用依然是一把雙刃劍。這種材料仍然價格昂貴，但是生產(chǎn)設(shè)施轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)硅電池也比較容易。如果電池是完全不一樣的話，工廠就得進(jìn)行徹底的重新設(shè)計，這樣就會導(dǎo)致切換的吸引力略微降低。

硅陽極是通過對沙進(jìn)行處理產(chǎn)生純硅而制成的，但是研究人員當(dāng)前面臨的最大問題是，硅陽極在使用的時候會膨脹。這會導(dǎo)致電池降級得太快。而且陽極也很難批量生產(chǎn)。

石墨烯電池

石墨烯是一種碳薄片，采用的材料跟鉛筆的一樣，但是把石墨粘到薄片上的成本很高。石墨烯因為在很多用例中的出色性能而備受稱贊，而電池就是用例之一。

有些公司正在研究可以在幾分鐘之內(nèi)充滿電，并且放電速度比鋰離子電池快33倍的石墨烯電池。這對于電動汽車來說價值巨大。

泡沫電池

目前，傳統(tǒng)的電池都是二維的。它們要么像鋰電電池一樣堆疊而成，要么像典型的AA或鋰離子電池一樣卷起來。

而泡沫電池則是個全新概念，涉及到電荷在3維空間的移動。

這種3維結(jié)構(gòu)可加快充電時間并提高能量密度，這些都是電池極其重要的品質(zhì)。跟大多數(shù)其他電池相比，泡沫電池還沒有了有害的液體電解質(zhì)。

泡沫電池用固體電解質(zhì)來替代液體電解質(zhì)。這種電解質(zhì)既能傳導(dǎo)鋰離子，同時還能跟其他電子設(shè)備絕緣。

保持住電池負(fù)電荷的陽極是由泡沫銅制成的，上面還涂有所需的活性材料。

然后再把固態(tài)電解質(zhì)涂覆在陽極周圍。

最后，用一種所謂的“正極漿料”的糊劑去填充電池里面的間隙。

鋁氧電池

這些電池的能量密度是所有電池里面最大之一。其能量比目前的鋰離子電池更強勁，重量更輕巧。有人聲稱用這些電池可以讓電動汽車?yán)m(xù)航2000公里。這是什么概念？作為參考，Tesla的最大續(xù)航里程約為600公里。

這些電池的問題在于它們無法充電。它們是通過鋁和氧在水基電解質(zhì)中的反應(yīng)來產(chǎn)生氫氧化鋁和釋放能量。電池的使用會消耗掉作為陽極的鋁。

鈉電池

目前，日本的科學(xué)家正在研究制造用鈉來取代鋰的電池。

這會是顛覆性的，因為理論上鈉電池的效率要比鋰電池高7倍。另一個巨大的優(yōu)勢是，鈉是地球儲量第六豐富的元素，相對于而言，鋰是稀有元素。

譯者：boxi。

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