基礎原理上電池的能量密度非常受限制。這是化學電池性能限制的根源性原因。我想在此答案的基礎上增補一些。

話說就想起來還年輕的時候，沒有正式入行，那時候我一向看到新聞上各種電池技術的突破就很激動。但是開始做了一些系統(tǒng)集成、設備制造的工作之后就徹底不激動了。不是因為我不覺得那些技術很牛逼，原因很簡單——它們中大部分永遠不會適用于消費設備，就算可以，也有很長的路要走。

要知道，一種電池能夠被用于消費者可以接觸的設備，需要有以下一堆特點中的每一個：
1、體積足夠小
2、重量足夠輕
3、儲存足夠多的能量
4、釋放能量足夠快
5、保存時間足夠長
6、壽命足夠長
7、可靠性足夠高
8、成本足夠低
9、使用足夠簡單
10、效率足夠高
11、帶來的額外影響足夠小
12、能夠大量生產(chǎn)
除了這些幾乎是絕對需求的特點，還需要有額外的一些“有更好”的特點：
1、電壓夠高
2、體積至少一個維度上尺寸足夠小
3、能夠再利用（充電）
4、能量釋放速度可控
5、充能時間短于使用時間
6、沒有奇怪的特性，比如記憶效應
7、……

知道人類找到鋰電池這種能滿足以上每一個需求的電池有多么不容易嗎！

先說為什么鋰電池目前是最常用的電池吧。因為不是專業(yè)研究這個的，所以沒法說得有理有據(jù)，還請見諒。
1、能量密度，包括能量每重量和能量每體積都夠大，可以造出只有幾十g、體積只有幾個立方厘米還能以1A的電流在平均3.7V的電壓下放電2小時以上的電池。
不要小看這一點，相比之下一個常見鉛酸蓄電池（就是車上用的），體積重量是數(shù)千倍，但是所蘊含的能量只有1A電流在12V放電60小時，也就是百余倍。

2、鋰電池放電能力足夠強，可以以安培級別的電流放電。
相比之下，常用的堿性一次電池，最大放電量差不多是800mA在1.5V電壓下?？梢姺烹娔芰Σ盍嗽S多。

3、自放電不是很大，可以保持電量數(shù)月不損失超過20%，容量壽命在兩年左右跌至80%，足夠長。
有一些物理電池技術，比如說飛輪，保持電量時間就短非常多。

4、使用夠簡單，只需要保護板防止過放電過充電就能安全使用，只需要連接正負極。
曾經(jīng)有一種很有希望的物理電池，稱為微型發(fā)動機，顧名思義就是一種小到可以在手機里運行的發(fā)動機可以驅動發(fā)電機。且不論其能量密度等問題，使用上這東西的結構太復雜，需要供燃料，通氣，等等，還不能保證安全。類似的還有一些高能量密度的電池例如燃料電池、融熔碳酸鹽電池等，不考慮它們的其他特征，光是使用簡單一條就基本無法保證。

5、帶來的額外影響夠小。
這就不用細說了吧，鋰電池對于環(huán)境的影響夠小，最大的危險也就來自于可能的爆炸了，雖然聽起來很可怕但是相比鉛酸電池的內有強酸、核電池的有放射性要強太多了。雖然不及堿性電池安全，但是比鋰電池更安全的電池沒有其他特性都比它強的。

6、可充電，可做很薄。
不用多說。

其他特點也都符合。

有空還想寫一些關于新電池技術為什么沒有代替鋰電池的可能性的說明，不過感覺寫到這里很多知友應該能分析每種新電池的“適者生存”的程度了，就不再賣弄自己這么點知識了。

現(xiàn)在商業(yè)化的二次電池主要是鋰電池（50%以上）和鉛酸電池（45%以上），其余的才是鎳氫電池等。就安全性而言，鉛酸電池遠比鋰電池安全。鉛酸電池已經(jīng)發(fā)展了150多年了，而鋰電池才短短的20-30年的時間。為啥100 Wh/kg以上的鋰電池不能像取代鎳氫電池全部取代30 wh/kg的鉛酸電池呢？簡單而言，耐操，廉價。。。。。。。。。。。。。

限制商業(yè)化電池容量的原因主要有3個：

1、安全

2、成本

3、原理

1）安全的電池是所有商業(yè)化產(chǎn)品的關鍵。一旦發(fā)生爆炸起火等問題，銷售很成問題。參考三星手機的例子。

實際上有人算過，鋰電池處于充電態(tài)的時候，其能量密度全部釋放的話等同于手榴彈釋放的能量。也就是說大家每日兜里裝著一個定時的炸彈，只是比較安全而已。

2）成本才是關鍵。就鋰電池而言，現(xiàn)在鋰資源在漲價，電池級的Li2CO3從原來的10萬元/噸不到，漲到快20萬元/噸。鈷也在漲價。結果就是幾大鋰業(yè)公司和鈷業(yè)公司的股票在漲。電池正極材料出廠價也在漲。而鉛酸電池的原料Pb的價格比較穩(wěn)定，除了環(huán)保的壓力，基本上沒有波動。

3）原理才是根本。這一點，陳博士已經(jīng)說的很清楚了，不過我反過來過一下。怎么提高電池的容量？就以現(xiàn)在水平而言。

鋰電池的限制在于鋰，鋰作為載流子，Li的含量限制其自身的發(fā)展。正極材料的其他非電化學活性元素限制其自身的發(fā)展。因此，有人提出鋰硫電池，鋰氧電池等概念，正極材料中元素全部為電化學活性元素，有效提高了鋰電池的能量密度。但是這些材料自身存在一定的問題。

鋰硫電池的硫溶解，不導電，體積膨脹是三大關鍵性問題。所以包括清華大學張強，國外的NaZar等大牛，發(fā)了很多物理 或者化學等限硫的文章。然而至今沒有見到鋰硫電池的生產(chǎn)廠商。

鋰氧的問題就更多了。鋅空氣電池沒有解決的問題，鋰氧電池依然存在。

更換載流子？ 鈉離子電池，鉀離子電池，鎂離子電池，鋁離子電池，陰離子電池（Cl），雙離子電池。。。。。這些體系大家都嘗試過了。結果卻是各自有各自的問題。

鈉離子電池，容量比鋰電池低，電壓比鋰電池低，循環(huán)比鋰電池差，就成本上具有優(yōu)勢。、

鉀離子電池，容量更低，電壓倒是與鋰電相近，循環(huán)差，成本上不具有優(yōu)勢。

鎂離子電池，電壓低，容量可觀，循環(huán)呵呵，成本具有優(yōu)勢。

鋁離子電池，電壓低，容量可觀，循環(huán)呵呵，成本具有優(yōu)勢。

氯離子電池，電壓低，容量低，循環(huán)呵呵，成本不具有優(yōu)勢。

雙離子電池，電壓高，容量低，循環(huán)呵呵，成本具有一定優(yōu)勢。

關鍵是循環(huán)，容量，電壓都有優(yōu)勢的不存在了。。。。。。。。。

那么換概念，不要離子電池，不要金屬電池，燃料電池怎么樣。。。

燃料電池就不用說了---膜問題，催化劑成本問題，氫存儲問題。。

綜上所述，技術限制了電池容量的發(fā)展。不是科學。。

說到底，基于氧化還原的電化學儲能裝置，只能利用外電層電子，啥時候核物理解決了氫聚合反應裝置的小型化，解決內層電子與原子能量的利用，這才是真正解決能量儲存的關鍵，科學才是解決問題的關鍵。。。。。。