鋰電池還有哪些問題需要解決？影響電池性能的因素在哪？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-17 16:32
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如果想讓電池再次改變我們的生活，有三個(gè)問題需要解決：功率（power）、能量（energy）和安全（safety）。
沒有萬能鋰電池
每一塊鋰電池都有兩極：陰極和陽極。大多鋰電池的陽極是用石墨制造的，陰極卻有多種不同的材料，具體要看電池用在哪里。從下面這張圖中，你可以看到不同的陰極材料對(duì)電池性能的影響。
功率的挑戰(zhàn)
許多公司正在尋找更好的解決方案。有一種構(gòu)想是這樣的：用結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固的物質(zhì)替代電極層。例如，瑞士電池公司Leclanché正在開發(fā)一種技術(shù)，它用磷酸鐵鋰（LFP）作為陰極，擁有橄欖石型結(jié)構(gòu)，用鋰鈦氧化物（lithiumtitanateoxide，LTO）作為陽極，它擁有尖晶石型結(jié)構(gòu)。用這樣的材料制作電池，鋰離子流動(dòng)效率更高。
目前Leclanché已經(jīng)將自己的電池裝進(jìn)無人駕駛叉車，9分鐘就能充滿100%的電量。對(duì)比特斯拉超級(jí)充電器，它給特斯拉汽車充滿50%的電量大約要10分鐘。在英國(guó)，Leclanché正在部署，想將自己的電池裝到快速充電電動(dòng)汽車上。電池裝在充電站，緩慢從電網(wǎng)吸收電量，直到完全充滿。當(dāng)汽車入站，電池會(huì)給汽車電池快速充電。當(dāng)汽車離開，充電站的電池又開始充電。
Leclanché’s的研究向我們證明，人類完全有可能找到更好的電池化學(xué)物質(zhì)，增強(qiáng)電池功率。不過到目前為止，人類還沒有找到能量釋放足夠快、可以滿足商務(wù)飛機(jī)需要的電池。一些創(chuàng)業(yè)公司正在開發(fā)小型飛機(jī)，最多可以坐12人，它們可以安裝能量密度更低的電池，或者是電力混動(dòng)飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)起飛時(shí)用燃油，巡航時(shí)用電池。
可惜，雖然研究的公司很多，但沒有一門技術(shù)接近商用?？突仿〈髮W(xué)電池專家VenkatViswanathan說，純電動(dòng)商務(wù)飛機(jī)需要的電池可能還要幾十年才能研究出來。
Model3是特斯拉最便宜的汽車，起步價(jià)35000美元。汽車裝備50千瓦時(shí)電池，成本大約8750美元，占了汽車總價(jià)的25%。
相比前幾年，這樣的成本已經(jīng)降了很多。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)的報(bào)告，2018年鋰離子電池的平均成本大約是每千瓦時(shí)175美元，2010年約為1200美元。
為了充入更多的能量，對(duì)分子進(jìn)行修補(bǔ)，可能會(huì)影響安全。自發(fā)明以來，鋰離子電池總是因?yàn)槠鸹鹨鹇闊?990年代，加拿大MoliEnergy開始將鋰鐵電池用于手機(jī)，正式商用，不過到了現(xiàn)實(shí)世界，電池存在起火隱患，Moli被迫召回產(chǎn)品，最終公司申請(qǐng)破產(chǎn)。公司一些資產(chǎn)被中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)收購，Moli自己現(xiàn)在仍然打著E-OneMoliEnergy的品牌名義銷售鋰電池。
最近，三星GalaxyNote7也因?yàn)殡姵仄鸹鸨徽倩?，手機(jī)裝備的是鋰離子電池。2016年召回時(shí)，三星損失53億美元。
鋰離子電池仍然有起火隱患，因?yàn)樗鼈兇蠖喽加靡兹家后w作為電解質(zhì)。真是不幸，液體能夠輕松運(yùn)輸離子，但它們卻容易起火。有一種辦法就是使用固態(tài)電解質(zhì)。不過固態(tài)電解質(zhì)也有其它缺點(diǎn)。固體更堅(jiān)硬，你不妨想象一樣，將骰子扔進(jìn)水里和沙里，在水中它接觸的表面會(huì)比沙子多很多。
電池是一項(xiàng)大業(yè)務(wù)，市場(chǎng)規(guī)模還在增長(zhǎng)。錢在那里，企業(yè)家也就涌向那里，帶來各種創(chuàng)意。不過電池創(chuàng)業(yè)公司處境艱難，因?yàn)槭÷时溶浖髽I(yè)高。為什么？想在材料科學(xué)領(lǐng)域取得突破是一件很難的事。
電池化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們嘗試提高一極時(shí)（比如能量密度），另一極就會(huì)削弱（比如安全）。因?yàn)橐３制胶?，想在各個(gè)方面取得進(jìn)步就會(huì)很難，速度很慢，還會(huì)帶來多種問題。
不過瞄準(zhǔn)電池的專家也越來越多，這是一個(gè)好消息。MIT專家Yet-MingChiang說，與10年前相比，美國(guó)研究電池的科學(xué)家多了2倍，成功的機(jī)率上升了。電池的潛力相當(dāng)巨大，考慮到挑戰(zhàn)很大，難度很高，當(dāng)我們聽到某人說新電池有多好時(shí)，最好還是帶著懷疑的眼光審視一下。
沒有萬能鋰電池
每一塊鋰電池都有兩極：陰極和陽極。大多鋰電池的陽極是用石墨制造的，陰極卻有多種不同的材料，具體要看電池用在哪里。從下面這張圖中，你可以看到不同的陰極材料對(duì)電池性能的影響。
功率的挑戰(zhàn)
許多公司正在尋找更好的解決方案。有一種構(gòu)想是這樣的：用結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固的物質(zhì)替代電極層。例如，瑞士電池公司Leclanché正在開發(fā)一種技術(shù)，它用磷酸鐵鋰（LFP）作為陰極，擁有橄欖石型結(jié)構(gòu)，用鋰鈦氧化物（lithiumtitanateoxide，LTO）作為陽極，它擁有尖晶石型結(jié)構(gòu)。用這樣的材料制作電池，鋰離子流動(dòng)效率更高。
目前Leclanché已經(jīng)將自己的電池裝進(jìn)無人駕駛叉車，9分鐘就能充滿100%的電量。對(duì)比特斯拉超級(jí)充電器，它給特斯拉汽車充滿50%的電量大約要10分鐘。在英國(guó)，Leclanché正在部署，想將自己的電池裝到快速充電電動(dòng)汽車上。電池裝在充電站，緩慢從電網(wǎng)吸收電量，直到完全充滿。當(dāng)汽車入站，電池會(huì)給汽車電池快速充電。當(dāng)汽車離開，充電站的電池又開始充電。
Leclanché’s的研究向我們證明，人類完全有可能找到更好的電池化學(xué)物質(zhì)，增強(qiáng)電池功率。不過到目前為止，人類還沒有找到能量釋放足夠快、可以滿足商務(wù)飛機(jī)需要的電池。一些創(chuàng)業(yè)公司正在開發(fā)小型飛機(jī)，最多可以坐12人，它們可以安裝能量密度更低的電池，或者是電力混動(dòng)飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)起飛時(shí)用燃油，巡航時(shí)用電池。
可惜，雖然研究的公司很多，但沒有一門技術(shù)接近商用?？突仿〈髮W(xué)電池專家VenkatViswanathan說，純電動(dòng)商務(wù)飛機(jī)需要的電池可能還要幾十年才能研究出來。
Model3是特斯拉最便宜的汽車，起步價(jià)35000美元。汽車裝備50千瓦時(shí)電池，成本大約8750美元，占了汽車總價(jià)的25%。
相比前幾年，這樣的成本已經(jīng)降了很多。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)的報(bào)告，2018年鋰離子電池的平均成本大約是每千瓦時(shí)175美元，2010年約為1200美元。
為了充入更多的能量，對(duì)分子進(jìn)行修補(bǔ)，可能會(huì)影響安全。自發(fā)明以來，鋰離子電池總是因?yàn)槠鸹鹨鹇闊?990年代，加拿大MoliEnergy開始將鋰鐵電池用于手機(jī)，正式商用，不過到了現(xiàn)實(shí)世界，電池存在起火隱患，Moli被迫召回產(chǎn)品，最終公司申請(qǐng)破產(chǎn)。公司一些資產(chǎn)被中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)收購，Moli自己現(xiàn)在仍然打著E-OneMoliEnergy的品牌名義銷售鋰電池。
最近，三星GalaxyNote7也因?yàn)殡姵仄鸹鸨徽倩?，手機(jī)裝備的是鋰離子電池。2016年召回時(shí)，三星損失53億美元。
鋰離子電池仍然有起火隱患，因?yàn)樗鼈兇蠖喽加靡兹家后w作為電解質(zhì)。真是不幸，液體能夠輕松運(yùn)輸離子，但它們卻容易起火。有一種辦法就是使用固態(tài)電解質(zhì)。不過固態(tài)電解質(zhì)也有其它缺點(diǎn)。固體更堅(jiān)硬，你不妨想象一樣，將骰子扔進(jìn)水里和沙里，在水中它接觸的表面會(huì)比沙子多很多。
電池是一項(xiàng)大業(yè)務(wù)，市場(chǎng)規(guī)模還在增長(zhǎng)。錢在那里，企業(yè)家也就涌向那里，帶來各種創(chuàng)意。不過電池創(chuàng)業(yè)公司處境艱難，因?yàn)槭÷时溶浖髽I(yè)高。為什么？想在材料科學(xué)領(lǐng)域取得突破是一件很難的事。
電池化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們嘗試提高一極時(shí)（比如能量密度），另一極就會(huì)削弱（比如安全）。因?yàn)橐３制胶?，想在各個(gè)方面取得進(jìn)步就會(huì)很難，速度很慢，還會(huì)帶來多種問題。
不過瞄準(zhǔn)電池的專家也越來越多，這是一個(gè)好消息。MIT專家Yet-MingChiang說，與10年前相比，美國(guó)研究電池的科學(xué)家多了2倍，成功的機(jī)率上升了。電池的潛力相當(dāng)巨大，考慮到挑戰(zhàn)很大，難度很高，當(dāng)我們聽到某人說新電池有多好時(shí)，最好還是帶著懷疑的眼光審視一下。
