從鋰元素到鋰電池，經(jīng)歷了哪些過程你知道嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-14 16:10
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電池先驅(qū)惠廷厄姆說：“我們只懂了點(diǎn)皮毛”。隨著世界為擺脫對化石燃料依賴做出的每個努力，電池很可能在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧?，其?/span>鋰電池更甚。
未來電池能與汽油的存儲能力競爭嗎？
三年前，科學(xué)記者福哈德·曼約奧(FarhadManjoo)給美國網(wǎng)絡(luò)雜志寫了篇文章，稱“更好的電池將拯救世界”，然而副標(biāo)題卻“反駁”大標(biāo)題的說“太糟糕了，不可能做到”。盡管當(dāng)時汽車領(lǐng)域剛剛推出特斯拉S、尼桑LEAF、雪佛蘭Volt，并發(fā)布了大量新型混合動力和純電動汽車，從箱型經(jīng)濟(jì)車到兩款豪華的混合型保時捷。
曼約奧和其他人預(yù)見的問題是多方面的：(1)汽車電池非常昂貴；(2)“能源密度”(單位重量含能源的數(shù)量)似乎比汽油還相差甚遠(yuǎn)；(3)也許有危險——電池的新興關(guān)鍵材料鋰本身不穩(wěn)定，在空氣中化為粉末。一個問題是潮濕可能發(fā)生爆炸。另一問題是這種材料被“隔絕”，有可能發(fā)生“熱擊穿”——快速加熱直至著火。所以，重要的是鋰要保持冷卻和干燥。
但最后這個警告恰好是鋰為何成為有吸引力電池材料的原因：它危險的能源是巨大優(yōu)勢。因此，電池技術(shù)方面有個寂靜的鋰“沖刺”，一直并繼續(xù)在真正地進(jìn)步。近幾年由于電池的進(jìn)步，化石燃料汽車成為“審美”選擇，不是經(jīng)濟(jì)的必要。我們的城市電網(wǎng)將變得更復(fù)雜，也更可預(yù)測、可靠和經(jīng)濟(jì)。
電池沖擊
汽車電池從鉛酸轉(zhuǎn)向鋰電池，鎳鎘手電筒轉(zhuǎn)向手持鋰離子設(shè)計，電池變得更加高效。沒有鋰離子電池，幾乎一定不會有現(xiàn)在的“手機(jī)社會”。但走近大型設(shè)備如交通工具和電站之類、能拯救我們能源消費(fèi)生命的場所，到處充斥曾經(jīng)選定的優(yōu)勝者如A123系統(tǒng)及其贊助商、菲斯卡爾業(yè)力(FiskarKarma)汽車、莫里能源、Avestor、曾經(jīng)給通用車隊(duì)提供動力的Envia，全都虧損數(shù)百萬并且勉強(qiáng)逃離起跑柵門。
如果說有人理解電池革命面臨的挑戰(zhàn)的話，那正是此人在上個世紀(jì)70年代末為埃克森(Exxon)石油公司發(fā)明鋰離子電池拉開了應(yīng)戰(zhàn)的帷幕。正是史丹尼·惠廷厄姆(M.StanleyWhittingham)，現(xiàn)在紐約州北部賓漢噸大學(xué)的化學(xué)教授曾預(yù)言，“10年內(nèi)，每輛車都會是混合動力或電動車。”
他認(rèn)為有許多理由持樂觀態(tài)度。舉例說，大量資源正投入制造更好電池的技術(shù)挑戰(zhàn)，從剛起步的小型電腦公司和?？茖W(xué)院到供應(yīng)充足的大學(xué)如哈佛和斯坦福的實(shí)驗(yàn)室，還有美國主要的國家實(shí)驗(yàn)室，包括阿貢、勞倫斯利弗莫爾和圣地亞，以及德國、荷蘭、法國、日本、韓國和中國大公司的實(shí)驗(yàn)室。
還有清晰而迫切降低人類發(fā)射溫室氣體的需要。取代化石燃料能源，電池將發(fā)揮很大作用。消費(fèi)者顯然需要可再生能源：例如電動和混合動力汽車銷售正在強(qiáng)勁增長。
更好的電池提供兩個大獎項(xiàng)：首先是負(fù)擔(dān)得起的電動汽車，它是我們未來“移動社會”的支柱；其次是更靈活、分散的電力網(wǎng)，因?yàn)橄冗M(jìn)的固定式電池將以更低的價格保持我們家庭和工廠的電力供應(yīng)。
結(jié)束“里程”焦慮
最初提議的電動和混合動力汽車是適度的，每次充電驅(qū)動里程在40-100英里(高價的特斯拉公司的電動汽車額定265英里除外)，而且只在理想的條件下。然而，不久之后的第二代就能達(dá)到200英里。韓國大公司樂金化學(xué)(LGChem)給雪佛萊Volt和福特Focus供應(yīng)電池組，據(jù)報道其更新的鋰離子設(shè)計將于2016年使這些汽車的驅(qū)動里程達(dá)到200英里。特斯拉電動汽車公司主席和主要股東伊隆·馬斯克(ElonMusk)說，今年8月他的公司就在致力于新電池，要把公司汽車的驅(qū)動里程提升到500英里。
與此同時，電池的成本在下降。研究公司法維翰(Navigant)指出，五年前筆記本電腦電池的價格約為每千瓦-時1000美元，現(xiàn)今“價格接近每千瓦-時250美元”。2012年7月麥肯錫咨詢公司(McKinsey·Company)報道說，到2025年汽車用先進(jìn)鋰離子電池的價格將會從2011年的每千瓦-時500美元降到每千瓦-時160美元。法維翰公司說，到2020年電池的交易額將從今天的120億美元上升到750億美元。
不久的將來，電池汽車將在成本上與汽油動力汽車競爭。馬斯克曾說，電池動力的“圣杯”是每公里-時100美元，他預(yù)料在“五到七年”內(nèi)實(shí)現(xiàn)。特斯拉公司正在與日本松下公司共同努力在內(nèi)華達(dá)州斯伯克斯建造50億美元的“電池工廠”，制造先進(jìn)電池，規(guī)模上有利可圖。預(yù)計每年生產(chǎn)50萬臺電池組，使全世界鋰離子電池產(chǎn)量翻番。
強(qiáng)大的比亞迪秦
電池有三個基本部件：兩個電極，陽極(帶負(fù)電荷)和陰極(帶正電荷)，以及中間的電解液(或俗稱電池液)。發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng)，閉合電池回路(也就是接通燈開關(guān))，電子從陽極流出，通過電解液流入陰極，流過燈泡做功。離子流的方向相反。最終結(jié)果是中性狀態(tài)，電池或者被廢棄，或者再充電。
現(xiàn)在大多數(shù)汽車電池可再充電，而且用某種形態(tài)的鋰作為一個電極，鈷或碳作為另一個電極，氧化鋁作為電解液。但研究人員渴望下一件“大事”是探索在電池技術(shù)上取得“從爬行到?jīng)_刺”的進(jìn)展。某些重大進(jìn)步展示出成功的希望，能源密度約為鋰離子的三到五倍，按照理論上鉑金標(biāo)準(zhǔn)，作為汽車的燃料甚至超過汽油。
最大膽的概念是鋰-空氣，擺脫傳統(tǒng)金屬作為陰極，用碳取而代之，徹底改造電池，抽取空氣中的氧原子代替電解液中的氧化物。麻省理工學(xué)院(MIT)的一個團(tuán)隊(duì)提出納米絲構(gòu)成的陰極。這是一種非常微小、用單個原子建成的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是由基因變異病毒制造的。這是個非常棘手的材料，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計證實(shí)比典型的鋰離子電池容量高二倍，而且再充電更快。
隨著電池化學(xué)的進(jìn)展，類似這樣的新材料將成為關(guān)鍵。石墨烯即超薄(只有原子寬度那么厚)的單層碳，最初由兩個俄羅斯科學(xué)家2003年在曼徹斯特大學(xué)制造(而且為此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎)并開發(fā)為電極物質(zhì)。它的堅(jiān)強(qiáng)、柔韌和傳導(dǎo)性令人驚訝，也能大規(guī)模便宜地制造，網(wǎng)上訂貨，每克5美元。在電池內(nèi)，它能急劇減少充電時間，增大儲能容量。出自西北大學(xué)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、總部在美國密歇根州的XG科學(xué)和SciNode系統(tǒng)二者都在致力研究石墨烯電池。據(jù)SciNode說，它的陽極能提供比常規(guī)碳高三倍或更大的儲存容量。據(jù)中國新華社報道，特拉斯公司也可能有個石墨烯項(xiàng)目.
石墨烯是碳原子制成的原子比例的蜂窩晶格
另一有希望的變種是鋰-硫設(shè)計，用便宜的硫替代高價鈷，而且提供極高的能源密度。伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家曾提出一種設(shè)計，使鋰離子電池的能源密度加倍，潛在的成本低到每千瓦-時100美元。還需要做更多的研究，但這種方法非常誘人，據(jù)說能挫敗汽油。
此外，鐵-磷酸鹽的設(shè)計完全不需要鋰。在中國，汽車制造巨人比亞迪(BYD)汽車公司曾把E6即鐵-磷酸鹽電池供電的出租車投入市場，驅(qū)動里程185英里。它基于BYD稱之為Fe(鐵元素符號)的電池。比亞迪“秦”是混合動力車，最大功率輸出223千瓦，比特斯拉S型略低。據(jù)公司測試，10000次充放電循環(huán)后，F(xiàn)e電池仍然保持其容量的70%。那是27年的日常再充電。
深圳比亞迪汽車公司生產(chǎn)的電動出租車
堅(jiān)持下去，“到天明”
與此同時，我們可能正接近“固定式儲能”的黃金時代。無需移動的電池沒有重量要求，意味著開發(fā)商能用較重、不那么獨(dú)特和更便宜的材料。這樣的電池提供后備電源使電網(wǎng)更可靠，而且避開峰值能源成本尖峰，搜集非峰值期可再生的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板能源，因而價格低廉。
這種設(shè)計傾向反映對汽車所做的工作，但也有顯著的例外?？偛吭O(shè)在匹茲堡的阿奎昂能源(AquionEnergy)公司專門研究微電網(wǎng)、局部完整電源解決方案，包括邊遠(yuǎn)地區(qū)太陽能、風(fēng)能或其他可再生能源發(fā)電。它的先進(jìn)電池成本大約等同老式鉛酸蓄電池，但持續(xù)時間翻了一番。
在在麻省理工學(xué)院(MIT)，唐納德·薩杜威(DonaldSadoway)和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了持續(xù)很長時間的固態(tài)電池。據(jù)他們說，很容易按照比例放大。材料普通而且價廉，但設(shè)計是徹底創(chuàng)新的：完全保持液態(tài)，加速電子和離子交換，而且電池自身保持在高溫下，依靠嚴(yán)格保溫保持350℉或更高，但仍以75%的效率生產(chǎn)能源，比內(nèi)燃機(jī)高一倍多?？偛吭O(shè)在劍橋的AMBRI(原來的液態(tài)金屬電池公司)正在制造這種電池，據(jù)說這種電池將延續(xù)幾十年，性能幾乎沒有下降，即使完全放電，預(yù)計10000次循環(huán)容量仍為98%。這是巨大的成功。明年原型機(jī)發(fā)往四個州做現(xiàn)場測試。
以鋰電池、太陽能電池、燃料電池為代表的新型電池產(chǎn)業(yè)步入了高速成長期產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長迅猛。在作為外力的下游制造業(yè)市場需求拉動和作為內(nèi)力的自身技術(shù)進(jìn)步持續(xù)推進(jìn)的雙重作用下新型電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善、產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵進(jìn)一步豐富、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢合理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的勢頭強(qiáng)勁。中國新型電池企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢加強(qiáng)新型電池安全性的研究提高產(chǎn)品競爭力加強(qiáng)品牌意識順應(yīng)小型化、輕量化發(fā)展趨勢加大新型電池的開發(fā)應(yīng)用加速新技術(shù)開發(fā)降低原材料消耗降低成本加強(qiáng)合作只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。
二、高能環(huán)保電池市場份額日益擴(kuò)大
高能環(huán)保電池具有容量高、壽命長、無污染、安全可靠的特點(diǎn)，自投放市場后其市場份額日益擴(kuò)大。
三、新能源電池產(chǎn)業(yè)乘勢起飛
目前制約我國新能源汽車發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸即是電池容量難突破，導(dǎo)致續(xù)駛里程短，進(jìn)而無法達(dá)到替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平，而且這也是世界性難題。不過從目前消息看來，日本已集合多所大學(xué)及企業(yè)進(jìn)行高能量密度電池的研究，目標(biāo)為2015年達(dá)到300Wh/kg（可支持電池車行駛300公里）；2030年達(dá)到500Wh/kg（可替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平）。
目前我國較好的磷酸鐵鋰電池的能量密度可以做到100Wh/kg，可以支持行駛100公里。同時我國部分電池企業(yè)正進(jìn)行下一代電池的研發(fā)，采用三元材料與改性錳酸鋰等，其能量密度最高可達(dá)180Wh/kg，可支持最高200公里，預(yù)計兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
四、新型綠色電池技術(shù)熱點(diǎn)及推動力量分析
目前，世界各國都投入極大財力、物力和人力，發(fā)展新型電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換及貯存技術(shù)，并形成了如下熱點(diǎn)：貯氫材料及金屬氫化物鎳蓄電池；鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子蓄電池；聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子蓄電池；pem燃料電池；電化學(xué)貯能超級電容器等。
除以上外，電池工業(yè)界正以極高的速度推動環(huán)保型無汞堿性鋅錳原電池及可充電電池和密封鉛酸蓄電池的技術(shù)發(fā)展及擴(kuò)大應(yīng)用市場。
推動這些熱點(diǎn)電池技術(shù)發(fā)展的真正推動力來自以下四個方面：
1．信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動通信及筆記本計算機(jī)等的迅速發(fā)展，迫切要求電池小型化、輕型化、長服務(wù)時間、長工作壽命和免維護(hù)。
2．環(huán)境保護(hù)呼聲愈來愈高，這首先要求電池本身無毒和無污染，因此這就推動了無汞電池及新型電池取代鎘鎳電池的發(fā)展。
3．全世界天然能源，如石油和煤正在不斷消耗，終將耗竭，尋求新能源的呼聲愈來愈高，無污染、低成本的太陽電池技術(shù)正受到高度重視。
4．科學(xué)工作者近年來在電池新材料領(lǐng)域取得了重大突破，其中穩(wěn)定的貯氫合金材料使金屬氫化物鎳電池得以問世；對鋰離子可逆嵌入及脫嵌的碳或石墨材料及相關(guān)電解質(zhì)的配合應(yīng)用，使鋰離子電池得以問世；聚合物質(zhì)子交換膜的不斷完善，使pem燃料電池向?qū)嵱没较虬l(fā)展等等。
此時的訣竅是與地方電力公司競爭費(fèi)率，這種地方還沒有先進(jìn)的電池。如果只做“調(diào)峰”，在峰值需求期間給電網(wǎng)添加額外電力，此時的費(fèi)率可能加倍甚至三倍(通常在午后)，地方會很快親自付款。
當(dāng)然，還有很長的路要走。正如電池先驅(qū)惠廷厄姆所說，“我們只懂了點(diǎn)皮毛”。隨著世界為擺脫對化石燃料依賴做出的每個努力，電池很可能在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧?，也許有助于拯救地球。
未來電池能與汽油的存儲能力競爭嗎？
三年前，科學(xué)記者福哈德·曼約奧(FarhadManjoo)給美國網(wǎng)絡(luò)雜志寫了篇文章，稱“更好的電池將拯救世界”，然而副標(biāo)題卻“反駁”大標(biāo)題的說“太糟糕了，不可能做到”。盡管當(dāng)時汽車領(lǐng)域剛剛推出特斯拉S、尼桑LEAF、雪佛蘭Volt，并發(fā)布了大量新型混合動力和純電動汽車，從箱型經(jīng)濟(jì)車到兩款豪華的混合型保時捷。
曼約奧和其他人預(yù)見的問題是多方面的：(1)汽車電池非常昂貴；(2)“能源密度”(單位重量含能源的數(shù)量)似乎比汽油還相差甚遠(yuǎn)；(3)也許有危險——電池的新興關(guān)鍵材料鋰本身不穩(wěn)定，在空氣中化為粉末。一個問題是潮濕可能發(fā)生爆炸。另一問題是這種材料被“隔絕”，有可能發(fā)生“熱擊穿”——快速加熱直至著火。所以，重要的是鋰要保持冷卻和干燥。
但最后這個警告恰好是鋰為何成為有吸引力電池材料的原因：它危險的能源是巨大優(yōu)勢。因此，電池技術(shù)方面有個寂靜的鋰“沖刺”，一直并繼續(xù)在真正地進(jìn)步。近幾年由于電池的進(jìn)步，化石燃料汽車成為“審美”選擇，不是經(jīng)濟(jì)的必要。我們的城市電網(wǎng)將變得更復(fù)雜，也更可預(yù)測、可靠和經(jīng)濟(jì)。
電池沖擊
汽車電池從鉛酸轉(zhuǎn)向鋰電池，鎳鎘手電筒轉(zhuǎn)向手持鋰離子設(shè)計，電池變得更加高效。沒有鋰離子電池，幾乎一定不會有現(xiàn)在的“手機(jī)社會”。但走近大型設(shè)備如交通工具和電站之類、能拯救我們能源消費(fèi)生命的場所，到處充斥曾經(jīng)選定的優(yōu)勝者如A123系統(tǒng)及其贊助商、菲斯卡爾業(yè)力(FiskarKarma)汽車、莫里能源、Avestor、曾經(jīng)給通用車隊(duì)提供動力的Envia，全都虧損數(shù)百萬并且勉強(qiáng)逃離起跑柵門。
如果說有人理解電池革命面臨的挑戰(zhàn)的話，那正是此人在上個世紀(jì)70年代末為埃克森(Exxon)石油公司發(fā)明鋰離子電池拉開了應(yīng)戰(zhàn)的帷幕。正是史丹尼·惠廷厄姆(M.StanleyWhittingham)，現(xiàn)在紐約州北部賓漢噸大學(xué)的化學(xué)教授曾預(yù)言，“10年內(nèi)，每輛車都會是混合動力或電動車。”
他認(rèn)為有許多理由持樂觀態(tài)度。舉例說，大量資源正投入制造更好電池的技術(shù)挑戰(zhàn)，從剛起步的小型電腦公司和?？茖W(xué)院到供應(yīng)充足的大學(xué)如哈佛和斯坦福的實(shí)驗(yàn)室，還有美國主要的國家實(shí)驗(yàn)室，包括阿貢、勞倫斯利弗莫爾和圣地亞，以及德國、荷蘭、法國、日本、韓國和中國大公司的實(shí)驗(yàn)室。
還有清晰而迫切降低人類發(fā)射溫室氣體的需要。取代化石燃料能源，電池將發(fā)揮很大作用。消費(fèi)者顯然需要可再生能源：例如電動和混合動力汽車銷售正在強(qiáng)勁增長。
更好的電池提供兩個大獎項(xiàng)：首先是負(fù)擔(dān)得起的電動汽車，它是我們未來“移動社會”的支柱；其次是更靈活、分散的電力網(wǎng)，因?yàn)橄冗M(jìn)的固定式電池將以更低的價格保持我們家庭和工廠的電力供應(yīng)。
結(jié)束“里程”焦慮
最初提議的電動和混合動力汽車是適度的，每次充電驅(qū)動里程在40-100英里(高價的特斯拉公司的電動汽車額定265英里除外)，而且只在理想的條件下。然而，不久之后的第二代就能達(dá)到200英里。韓國大公司樂金化學(xué)(LGChem)給雪佛萊Volt和福特Focus供應(yīng)電池組，據(jù)報道其更新的鋰離子設(shè)計將于2016年使這些汽車的驅(qū)動里程達(dá)到200英里。特斯拉電動汽車公司主席和主要股東伊隆·馬斯克(ElonMusk)說，今年8月他的公司就在致力于新電池，要把公司汽車的驅(qū)動里程提升到500英里。
與此同時，電池的成本在下降。研究公司法維翰(Navigant)指出，五年前筆記本電腦電池的價格約為每千瓦-時1000美元，現(xiàn)今“價格接近每千瓦-時250美元”。2012年7月麥肯錫咨詢公司(McKinsey·Company)報道說，到2025年汽車用先進(jìn)鋰離子電池的價格將會從2011年的每千瓦-時500美元降到每千瓦-時160美元。法維翰公司說，到2020年電池的交易額將從今天的120億美元上升到750億美元。
不久的將來，電池汽車將在成本上與汽油動力汽車競爭。馬斯克曾說，電池動力的“圣杯”是每公里-時100美元，他預(yù)料在“五到七年”內(nèi)實(shí)現(xiàn)。特斯拉公司正在與日本松下公司共同努力在內(nèi)華達(dá)州斯伯克斯建造50億美元的“電池工廠”，制造先進(jìn)電池，規(guī)模上有利可圖。預(yù)計每年生產(chǎn)50萬臺電池組，使全世界鋰離子電池產(chǎn)量翻番。
強(qiáng)大的比亞迪秦
電池有三個基本部件：兩個電極，陽極(帶負(fù)電荷)和陰極(帶正電荷)，以及中間的電解液(或俗稱電池液)。發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng)，閉合電池回路(也就是接通燈開關(guān))，電子從陽極流出，通過電解液流入陰極，流過燈泡做功。離子流的方向相反。最終結(jié)果是中性狀態(tài)，電池或者被廢棄，或者再充電。
現(xiàn)在大多數(shù)汽車電池可再充電，而且用某種形態(tài)的鋰作為一個電極，鈷或碳作為另一個電極，氧化鋁作為電解液。但研究人員渴望下一件“大事”是探索在電池技術(shù)上取得“從爬行到?jīng)_刺”的進(jìn)展。某些重大進(jìn)步展示出成功的希望，能源密度約為鋰離子的三到五倍，按照理論上鉑金標(biāo)準(zhǔn)，作為汽車的燃料甚至超過汽油。
最大膽的概念是鋰-空氣，擺脫傳統(tǒng)金屬作為陰極，用碳取而代之，徹底改造電池，抽取空氣中的氧原子代替電解液中的氧化物。麻省理工學(xué)院(MIT)的一個團(tuán)隊(duì)提出納米絲構(gòu)成的陰極。這是一種非常微小、用單個原子建成的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是由基因變異病毒制造的。這是個非常棘手的材料，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計證實(shí)比典型的鋰離子電池容量高二倍，而且再充電更快。
隨著電池化學(xué)的進(jìn)展，類似這樣的新材料將成為關(guān)鍵。石墨烯即超薄(只有原子寬度那么厚)的單層碳，最初由兩個俄羅斯科學(xué)家2003年在曼徹斯特大學(xué)制造(而且為此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎)并開發(fā)為電極物質(zhì)。它的堅(jiān)強(qiáng)、柔韌和傳導(dǎo)性令人驚訝，也能大規(guī)模便宜地制造，網(wǎng)上訂貨，每克5美元。在電池內(nèi)，它能急劇減少充電時間，增大儲能容量。出自西北大學(xué)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、總部在美國密歇根州的XG科學(xué)和SciNode系統(tǒng)二者都在致力研究石墨烯電池。據(jù)SciNode說，它的陽極能提供比常規(guī)碳高三倍或更大的儲存容量。據(jù)中國新華社報道，特拉斯公司也可能有個石墨烯項(xiàng)目.
石墨烯是碳原子制成的原子比例的蜂窩晶格
另一有希望的變種是鋰-硫設(shè)計，用便宜的硫替代高價鈷，而且提供極高的能源密度。伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家曾提出一種設(shè)計，使鋰離子電池的能源密度加倍，潛在的成本低到每千瓦-時100美元。還需要做更多的研究，但這種方法非常誘人，據(jù)說能挫敗汽油。
此外，鐵-磷酸鹽的設(shè)計完全不需要鋰。在中國，汽車制造巨人比亞迪(BYD)汽車公司曾把E6即鐵-磷酸鹽電池供電的出租車投入市場，驅(qū)動里程185英里。它基于BYD稱之為Fe(鐵元素符號)的電池。比亞迪“秦”是混合動力車，最大功率輸出223千瓦，比特斯拉S型略低。據(jù)公司測試，10000次充放電循環(huán)后，F(xiàn)e電池仍然保持其容量的70%。那是27年的日常再充電。
深圳比亞迪汽車公司生產(chǎn)的電動出租車
堅(jiān)持下去，“到天明”
與此同時，我們可能正接近“固定式儲能”的黃金時代。無需移動的電池沒有重量要求，意味著開發(fā)商能用較重、不那么獨(dú)特和更便宜的材料。這樣的電池提供后備電源使電網(wǎng)更可靠，而且避開峰值能源成本尖峰，搜集非峰值期可再生的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板能源，因而價格低廉。
這種設(shè)計傾向反映對汽車所做的工作，但也有顯著的例外?？偛吭O(shè)在匹茲堡的阿奎昂能源(AquionEnergy)公司專門研究微電網(wǎng)、局部完整電源解決方案，包括邊遠(yuǎn)地區(qū)太陽能、風(fēng)能或其他可再生能源發(fā)電。它的先進(jìn)電池成本大約等同老式鉛酸蓄電池，但持續(xù)時間翻了一番。
在在麻省理工學(xué)院(MIT)，唐納德·薩杜威(DonaldSadoway)和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了持續(xù)很長時間的固態(tài)電池。據(jù)他們說，很容易按照比例放大。材料普通而且價廉，但設(shè)計是徹底創(chuàng)新的：完全保持液態(tài)，加速電子和離子交換，而且電池自身保持在高溫下，依靠嚴(yán)格保溫保持350℉或更高，但仍以75%的效率生產(chǎn)能源，比內(nèi)燃機(jī)高一倍多?？偛吭O(shè)在劍橋的AMBRI(原來的液態(tài)金屬電池公司)正在制造這種電池，據(jù)說這種電池將延續(xù)幾十年，性能幾乎沒有下降，即使完全放電，預(yù)計10000次循環(huán)容量仍為98%。這是巨大的成功。明年原型機(jī)發(fā)往四個州做現(xiàn)場測試。
以鋰電池、太陽能電池、燃料電池為代表的新型電池產(chǎn)業(yè)步入了高速成長期產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長迅猛。在作為外力的下游制造業(yè)市場需求拉動和作為內(nèi)力的自身技術(shù)進(jìn)步持續(xù)推進(jìn)的雙重作用下新型電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善、產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵進(jìn)一步豐富、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢合理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的勢頭強(qiáng)勁。中國新型電池企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢加強(qiáng)新型電池安全性的研究提高產(chǎn)品競爭力加強(qiáng)品牌意識順應(yīng)小型化、輕量化發(fā)展趨勢加大新型電池的開發(fā)應(yīng)用加速新技術(shù)開發(fā)降低原材料消耗降低成本加強(qiáng)合作只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。
二、高能環(huán)保電池市場份額日益擴(kuò)大
高能環(huán)保電池具有容量高、壽命長、無污染、安全可靠的特點(diǎn)，自投放市場后其市場份額日益擴(kuò)大。
三、新能源電池產(chǎn)業(yè)乘勢起飛
目前制約我國新能源汽車發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸即是電池容量難突破，導(dǎo)致續(xù)駛里程短，進(jìn)而無法達(dá)到替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平，而且這也是世界性難題。不過從目前消息看來，日本已集合多所大學(xué)及企業(yè)進(jìn)行高能量密度電池的研究，目標(biāo)為2015年達(dá)到300Wh/kg（可支持電池車行駛300公里）；2030年達(dá)到500Wh/kg（可替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平）。
目前我國較好的磷酸鐵鋰電池的能量密度可以做到100Wh/kg，可以支持行駛100公里。同時我國部分電池企業(yè)正進(jìn)行下一代電池的研發(fā)，采用三元材料與改性錳酸鋰等，其能量密度最高可達(dá)180Wh/kg，可支持最高200公里，預(yù)計兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
四、新型綠色電池技術(shù)熱點(diǎn)及推動力量分析
目前，世界各國都投入極大財力、物力和人力，發(fā)展新型電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換及貯存技術(shù)，并形成了如下熱點(diǎn)：貯氫材料及金屬氫化物鎳蓄電池；鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子蓄電池；聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子蓄電池；pem燃料電池；電化學(xué)貯能超級電容器等。
除以上外，電池工業(yè)界正以極高的速度推動環(huán)保型無汞堿性鋅錳原電池及可充電電池和密封鉛酸蓄電池的技術(shù)發(fā)展及擴(kuò)大應(yīng)用市場。
推動這些熱點(diǎn)電池技術(shù)發(fā)展的真正推動力來自以下四個方面：
1．信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動通信及筆記本計算機(jī)等的迅速發(fā)展，迫切要求電池小型化、輕型化、長服務(wù)時間、長工作壽命和免維護(hù)。
2．環(huán)境保護(hù)呼聲愈來愈高，這首先要求電池本身無毒和無污染，因此這就推動了無汞電池及新型電池取代鎘鎳電池的發(fā)展。
3．全世界天然能源，如石油和煤正在不斷消耗，終將耗竭，尋求新能源的呼聲愈來愈高，無污染、低成本的太陽電池技術(shù)正受到高度重視。
4．科學(xué)工作者近年來在電池新材料領(lǐng)域取得了重大突破，其中穩(wěn)定的貯氫合金材料使金屬氫化物鎳電池得以問世；對鋰離子可逆嵌入及脫嵌的碳或石墨材料及相關(guān)電解質(zhì)的配合應(yīng)用，使鋰離子電池得以問世；聚合物質(zhì)子交換膜的不斷完善，使pem燃料電池向?qū)嵱没较虬l(fā)展等等。
此時的訣竅是與地方電力公司競爭費(fèi)率，這種地方還沒有先進(jìn)的電池。如果只做“調(diào)峰”，在峰值需求期間給電網(wǎng)添加額外電力，此時的費(fèi)率可能加倍甚至三倍(通常在午后)，地方會很快親自付款。
當(dāng)然，還有很長的路要走。正如電池先驅(qū)惠廷厄姆所說，“我們只懂了點(diǎn)皮毛”。隨著世界為擺脫對化石燃料依賴做出的每個努力，電池很可能在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧?，也許有助于拯救地球。
上海寶鄂實(shí)業(yè)有限公司擁有一支從事鋰電池多年、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，我們時刻關(guān)注著鋰電池在各領(lǐng)域的最新發(fā)展和應(yīng)用，并不斷為客戶研發(fā)出“先進(jìn)、安全、穩(wěn)定”的鋰電池方案，提供包括18650鋰電池、26650鋰電池和鐵鋰電池等多種鋰電池服務(wù)。
