能量突破可能還需要10年？談?wù)勪囯姵丶夹g(shù)當(dāng)下的挑戰(zhàn)與方向
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 09:46
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雖然突破可能還有十年之久，但金屬鋰電池可以為電動(dòng)汽車和電網(wǎng)帶來(lái)巨大的飛躍。
一次巨大的電池突破可能會(huì)讓電動(dòng)汽車一次充電駕駛更長(zhǎng)的時(shí)間，更安全的行駛。為電網(wǎng)提供更好的電池可以儲(chǔ)存更多的能源，從而可以部署更多的風(fēng)能和太陽(yáng)能。
能源部ARPA-E項(xiàng)目主管Paul Albertus表示：“這類概念在世界范圍內(nèi)正在進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。”該項(xiàng)目的重點(diǎn)是早期階段，可能對(duì)能源產(chǎn)生重大影響的能源研究。
上個(gè)月，Albertus和他的ARPA-E同事Sue Babinec在“自然能源”雜志上發(fā)表了一篇文章，對(duì)金屬鋰電池的研究狀況和未來(lái)的挑戰(zhàn)進(jìn)行了研究。
金屬鋰電池正如其名稱所使用的，金屬鋰用于電池的負(fù)極部分，在充電和放電時(shí)使離子來(lái)回穿過電解質(zhì)的負(fù)電極和正電極。
石墨通常用于當(dāng)今鋰離子電池的負(fù)極。但通過用金屬鋰取代石墨，電池可以儲(chǔ)存更多的能量。
根據(jù)Nature的文章，金屬鋰電極可以使鋰電池的能量提高35％，能量密度提高50％。這可能會(huì)讓一個(gè)電池可以提供350或400瓦時(shí)每千克或1000瓦時(shí)每升的電能。
目前的鋰離子電池組的能量為每千克約150瓦時(shí)，能量密度接近每升250瓦時(shí)。
美國(guó)能源部的目標(biāo)是為電動(dòng)汽車電池組尋找能量?jī)?chǔ)存選項(xiàng)，每千瓦235瓦時(shí)，每升500瓦時(shí)。
近年來(lái)，ARPA-E項(xiàng)目啟動(dòng)了一項(xiàng)名為IONICS的儲(chǔ)能計(jì)劃，為金屬鋰電極等領(lǐng)域的早期研究提供資金幫助。利用ARPA-E資助工作的鋰金屬電極包括24m，離子材料實(shí)體，PolyPlus電池公司與愛荷華州立大學(xué)。
Albertus和Babinec寫道，金屬鋰電極結(jié)合使用固體材料（而不是液體）制造電池電解質(zhì)的研究有朝一日會(huì)成為鋰離子電池的下一代產(chǎn)品。固體電解質(zhì)會(huì)使電池不易燃，使用更安全。
然而，實(shí)際上電池的技術(shù)突破并不容易。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，全球的科學(xué)家們一直在研究金屬鋰電極，大型電池企業(yè)，政府實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)業(yè)公司的同類研究一直在進(jìn)行。
雷諾 - 日產(chǎn) - 三菱聯(lián)盟上周宣布對(duì)Ionic Materials進(jìn)行戰(zhàn)略投資，希望開發(fā)下一代電動(dòng)汽車電池。固態(tài)電池是電動(dòng)汽車的圣杯，因?yàn)樗哂懈吣芰棵芏群透玫纳嵝阅?。豐田，菲斯克等公司也在尋求開發(fā)固態(tài)電池的潛力。
有一些小型的金屬鋰電池在醫(yī)療行業(yè)等小眾應(yīng)用中使用，但是還沒有人能夠?qū)㈦姵胤糯蟮娇梢詾槠嚬╇娀驗(yàn)樘?yáng)能發(fā)電場(chǎng)保存能量的地步， 。
在Nature文章中，作者強(qiáng)調(diào)了電池研究人員在進(jìn)行這些類型的項(xiàng)目時(shí)應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。他們還指出了避免錯(cuò)誤的方法，并消除所謂的“枝晶”，或可能在電池內(nèi)部生長(zhǎng)并導(dǎo)致問題的晶須狀鋰。
特別是Albertus和Babinec發(fā)現(xiàn)，使用合適的低成本部件，金屬鋰電極電池可以達(dá)到每千瓦時(shí)100美元的成本。保持低成本（低于鋰離子電池的成本）將是新電池成功上市的關(guān)鍵。
Albertus說，與一些被廣泛采用的電池技術(shù)不同，比如將硅用于鋰離子電池的陽(yáng)極，金屬鋰電池可能還需要十年的時(shí)間。
“雖然能將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度做到180Wh/kg以上，但多數(shù)還處于小試或者中試階段，未大批量上市，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。”羅煥塔指出。
墨柯強(qiáng)調(diào)，磷酸鐵鋰極致追逐能量密度或引發(fā)安全問題。一般來(lái)說，單體電芯單位空間聚集的能量越多，瞬間爆發(fā)出來(lái)的危害性越大，安全性越低。由于磷酸鐵鋰電池能量密度普遍低于三元電池，安全性相對(duì)高一些。
“與三元電池通過提高單體電芯提升能量密度不同，磷酸鐵鋰電池提高能量密度的方式主要是提高電池整體成組效率。”墨柯強(qiáng)調(diào)，這里面潛藏危險(xiǎn)。電池成組效率越高，意味著其中安全部件減少。一般來(lái)說，磷酸鐵鋰電池成組效率80％屬于正常水平，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)做到90％以上。
另一個(gè)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會(huì)否因?yàn)閮r(jià)格優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)逆襲？
國(guó)軒高科接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，隨著補(bǔ)貼退坡，磷酸鐵鋰的低成本、長(zhǎng)壽命、高安全性等優(yōu)勢(shì)在乘用車領(lǐng)域?qū)⒅饾u突顯。
今年8月26日，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福接受中國(guó)證券報(bào)記者關(guān)于“怎么看待磷酸鐵鋰電池和三元電池的技術(shù)路線之爭(zhēng)”的提問時(shí)表示，兩種電池都很重要，未來(lái)將根據(jù)不同的情況進(jìn)行應(yīng)用。
