“這是有史以來最好的電池技術(shù)”，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室能源存儲(chǔ)聯(lián)合研究中心（JCESR）的負(fù)責(zé)人喬治·克拉布特里（George Crabtree）稱贊道，不過，鋰存在一定的問題，因?yàn)樗苋菀字?/span>，這樣的特性令一些電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車車主、計(jì)算機(jī)使用者大失所望，而且低電量的滴滴提醒聲有時(shí)候也會(huì)嚇到手機(jī)用戶。所以，鋰電池從誕生之日起就免不了被拿來當(dāng)做超越的對(duì)象，科學(xué)家們竭盡所能想要研發(fā)出更完美的能夠取代鋰電池的新技術(shù)，科技常常把看似不可能的事變成可能，那么，最近那些說要取代鋰電池的電池們?cè)谀睦锬兀?/span>

豐田電池研究突破：鎂電池或?qū)⑷〈?a href="http://www.pdszhhs.com">鋰電池

本月初，豐田北美研究院宣布，工程師們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了利用鎂制作電池的方法，該機(jī)構(gòu)表示：“鎂金屬一直被認(rèn)為是目前鋰電池技術(shù)的一種更安全和能量密度更高的替代品。而目前研究中存在的問題是如何從鎂金屬中提取能量。”

鋰是所有金屬中最輕的一種，鎂則更重，因此能夠儲(chǔ)存更多的電量。該篇報(bào)告還不忘提醒電池用戶現(xiàn)在激動(dòng)雀躍還為時(shí)尚早，因?yàn)樵阪V電池上市前可能還需要20年時(shí)間進(jìn)行研究和開發(fā)。

鉬替代鋰做為電極或造就新型電池系統(tǒng)

今年3月底，據(jù)《自然》雜志報(bào)道：開發(fā)具有高能量密度的電極材料對(duì)提升鋰離子電池的性能十分重要。一種包含非正常鋰儲(chǔ)能位點(diǎn)的多孔二氧化鉬材料，其首次的放電容量達(dá)到1814mAhg-1，是理論值的兩倍多。這種過渡金屬的納米孔洞有意想不到的高儲(chǔ)能反應(yīng)發(fā)生。作者稱這一發(fā)現(xiàn)或許為設(shè)計(jì)新型電池系統(tǒng)提供了思路。

西安交通大學(xué)以前研究成果表明：鉬替代鋰做為電極，極大的提高了電極的性能，電池的儲(chǔ)電量可以提高7~8倍，而且重復(fù)充電次數(shù)也提高了近100倍。我國(guó)在世界上率先突破鉬電池電極的制造難度，成果突破了鉬電池耐腐蝕性差的缺點(diǎn)。

燃料電池要替代鋰電池？手機(jī)一周充一次電？

今年3月，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的研究員們在新型電池開發(fā)領(lǐng)域，取得了一次巨大而顯著的突破。他們發(fā)明了一款微型固體氧化燃料電池，這款新型電池結(jié)合了多孔不銹鋼薄膜電解和低熱容量電解技術(shù)，它將大大改善電池性能，增強(qiáng)電池的電量持久力。

這無疑能對(duì)目前我們智能手機(jī)里的鋰電池產(chǎn)生革命性的影響，浦項(xiàng)科技大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)向外表示：“這款燃料電池可以幫助無人機(jī)進(jìn)行超過一個(gè)小時(shí)的飛行，并有望把智能手機(jī)帶入電量每周一充的時(shí)代。”這款新型燃料電池很有可能在我們以后的生活中代替鋰電池，并被應(yīng)用到智能手機(jī)，無人駕駛飛機(jī)，各種電力交通工具和其他更廣泛的領(lǐng)域中去。

固態(tài)氫或?qū)⑷〈囯姵貫闊o人機(jī)提供更強(qiáng)飛行動(dòng)力

今年2月，蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)(SAMS)進(jìn)行了第一架使用固態(tài)氫動(dòng)力系統(tǒng)無人機(jī)的飛行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這種類型的動(dòng)力系統(tǒng)具有勝過鋰電池的潛力。

位于英格蘭南部牛津郡和哈尼克郡的CellaEnergy和ArcolaEnergy公司，獲得了創(chuàng)新英國(guó)的資金支持，目前，兩家公司共同合作研發(fā)以固態(tài)氫為動(dòng)力系統(tǒng)的無人機(jī)原型。這款無人機(jī)將Cella公司的氫動(dòng)力氣體發(fā)生器與Arcola提供和集成的燃料電池相結(jié)合。

樹葉制成的鈉電池：這可能是鋰電池的完美替代品

看了標(biāo)題，是不是覺得很不可思議？沒錯(cuò)，同樣是在今年2月，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的研究人員似乎找到了一種可以替代鋰電池的產(chǎn)品——樹葉做的鈉電池。

研究人員首先把橡樹葉放入1000攝氏度的高溫中烘烤一小時(shí)，讓樹葉完全碳化，隨后把鈉加入其中。橡樹葉中的背面布滿細(xì)孔，可以充分吸收納電子。而正面則成為了一層層納米結(jié)構(gòu)碳，可以吸收攜帶電荷的鈉。這整個(gè)過程正好就形成了鈉電池的正負(fù)兩極。

樹葉制成的鈉電池除了十分環(huán)保之外，似乎也能解決一直以來鈉電池壽命短的問題。一旦壽命問題解決，鈉電池將會(huì)比鋰電池帶來更高的效能（充電時(shí)間僅為鋰電池的1/5），而體積將會(huì)比鋰電池更小。在輕薄手機(jī)大行其道的今天，鈉電池可能會(huì)成為鋰電池的完美替代品。

2014年9月，蘋果公司發(fā)布了新一代iPhone，和此前歷代產(chǎn)品一樣，這款最新的智能設(shè)備，處理器和圖形芯片性能又獲得了大幅度提升。 然而，蘋果及其他手機(jī)制造商從來不會(huì)在發(fā)布會(huì)上提及，有一個(gè)組件多年來一直沒有變化，那就是鋰電池。 不管是智能手機(jī)、平板電腦，還是如今異?；鸨奶厮估妱?dòng)車，所有電子設(shè)備使用的鋰電池技術(shù)，和1991年索尼公司發(fā)布的首個(gè)商用鋰離子電池并無本質(zhì)差別。 在過去的23年時(shí)間里，人們并非毫無創(chuàng)新，全球各地的研究人員從未放棄研發(fā)新型電池技術(shù)。2014年更是取得了一系列突破，在充電效率、電池容量、發(fā)熱冷卻等方面，傳統(tǒng)的鋰電池也已經(jīng)表現(xiàn)得越來越好，很多新的電池技術(shù)似乎也已經(jīng)看到了商用曙光。 

但直到現(xiàn)在，電池的使用時(shí)間仍然很難讓人滿意，電池技術(shù)依舊是所有電子設(shè)備進(jìn)化的最大瓶頸，而且從產(chǎn)業(yè)化的角度來看，電池技術(shù)距離革命性突破，仍有一段不小的距離。 魚和熊掌不能兼得 電池技術(shù)為何難以出現(xiàn)革命性突破？主力軍鋰離子電池到底出了什么問題？ 鋰的原子序數(shù)是3，這意味著它有三個(gè)質(zhì)子，是最輕的堿金屬元素，這讓它成為已知材料中最適合用來制備可移動(dòng)電池正極的材料。 

當(dāng)然，除了鋰，鋰電池中還包括磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料。和更早的鎳電池相比，鋰電池更小、更輕、能量密度更高，用了不到15年時(shí)間就替代鎳電池，成為當(dāng)下主流的電子設(shè)備電池技術(shù)。 但其也存在不少問題，最主要的是發(fā)熱。鋰電池充電和放電的過程中，在高密度的空間內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。 對(duì)于智能手機(jī)等小型電子設(shè)備來說，由于容量限制，發(fā)熱帶來的麻煩還不算大，依靠手機(jī)內(nèi)部的導(dǎo)熱設(shè)計(jì)基本能解決散熱問題，但對(duì)于特斯拉電動(dòng)車這種底盤鋪滿數(shù)千塊鋰電池的大家伙，就必須采取相應(yīng)的冷卻措施。 這就是為什么幾乎所有電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車的鋰電池組上，都附帶了體積龐大的液態(tài)冷卻設(shè)備，不過即便如此，某些電動(dòng)車電池爆炸起火的事故還是時(shí)有出現(xiàn)。 

鋰電池中鋰離子的數(shù)量是固定的，想要更長(zhǎng)久的電池使用時(shí)間，就必須增加電池?cái)?shù)量，但這又意味著更重的設(shè)備、更大的發(fā)熱量以及更高的過熱爆炸可能性。如果想要更安全或者更便攜，就必須犧牲電池?cái)?shù)量和使用時(shí)間。 換掉鋰電池 順著這個(gè)思路，研究人員想到的一個(gè)突破方向，就是尋找更安全、能量密度更高的材料，換掉鋰電池。 空氣很可能會(huì)成為那個(gè)更好的選擇之一，不久前，以色列一家科技公司研發(fā)出了使用鋁和空氣作為電極的新型電池，這種電池可以利用空氣中水分子與鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并放電。

 事實(shí)上，這種金屬-空氣的電池技術(shù)早在上世紀(jì)60年代就已問世，它的原理是以99.9%高純度的鋁為陽極，水分子中的氧為陰極，利用水溶液作為電解質(zhì)，讓鋁板攝取氧，完成放電過程。 在整個(gè)化學(xué)過程中，最終的產(chǎn)物是氫氧化鋁，所以這種電池技術(shù)看起來更穩(wěn)定更安全，而且鋁-空氣電池的能量密度也大大高于等質(zhì)量的鋰電池，理論能量密度能達(dá)到8.1千瓦時(shí)/千克。目前特斯拉電動(dòng)車所使用高能鋰電池，能量密度也只有約0.3千瓦時(shí)/千克。

另一個(gè)同樣在電池技術(shù)領(lǐng)域流行的突破思路是，如果不能換掉鋰電池，那就換一種充電方式。 目前最有希望被普及的另類充電方式，是無線供電技術(shù)。請(qǐng)注意，這里所說的不是早些年手機(jī)廠商們推出的帶著托盤的無線充電手機(jī)，而是效率更高的無線供電技術(shù)。 如果從原理上看，無線充電和無線供電其實(shí)沒有太大的差別，兩者都是利用電磁感應(yīng)、共振或耦合原理。

它最早源自19世紀(jì)90年代交流電之父尼古拉·特斯拉的設(shè)想，他提出可以利用磁共振在充電器與設(shè)備之間的空氣中傳輸電荷，線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振，從而實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。 形象一點(diǎn)的說法，就和高音歌唱家有可能把某個(gè)相同振動(dòng)頻率的玻璃杯唱爆是一個(gè)道理，只不過電磁感應(yīng)和共振不至于把電子設(shè)備震爆。 與無線充電相比，無線供電的優(yōu)勢(shì)在于突破了距離上的限制。美國(guó)一家公司正在做的傳輸器解決方案，最遠(yuǎn)的電能傳輸距離已經(jīng)可以達(dá)到10米。 盡管和動(dòng)輒數(shù)百米的無線網(wǎng)絡(luò)相比，無線供電的傳輸距離還有些短，但至少在技術(shù)層面，實(shí)現(xiàn)無線供電，就已經(jīng)算是走出了第一步。

更大的難題 那么，為什么人們還沒有在機(jī)場(chǎng)、酒店或者咖啡店看到類似無線網(wǎng)絡(luò)的無線電源熱點(diǎn)？ 事實(shí)上，無線供電普及的最大障礙，并不是傳輸距離還不夠長(zhǎng)等技術(shù)難題，而是市場(chǎng)上各種電子設(shè)備的無線供電標(biāo)準(zhǔn)兼容難題，這已經(jīng)超出了科研人員所能控制的范疇。 就像高音歌唱家的例子，如果各個(gè)杯子的振動(dòng)頻率都不一樣，想要所有的杯子都能被唱爆是不可能的。 不過，2008年國(guó)際上多家行業(yè)內(nèi)的公司和協(xié)會(huì)，已經(jīng)成立了無線電力傳輸國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，致力于統(tǒng)一無線供電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)盟的一位中國(guó)公司成員說，出臺(tái)一個(gè)類似于WiFi的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間應(yīng)該不會(huì)太遙遠(yuǎn)。 相比而言，替換掉鋰電池的新型電池技術(shù)方案就要艱難得多。

最有希望的金屬-空氣電池技術(shù)至今仍有很多實(shí)際的問題需要解決，比如使用過程中，需要定期往電池組里加水，而且它是不可充電電池，鋁板完全氧化反應(yīng)成氫氧化鋁后，就必須重新更換鋁板。 這無疑會(huì)加大成本，阻礙金屬-空氣電池技術(shù)投入使用，不過好消息是研究人員正在努力延長(zhǎng)鋁板氧化反應(yīng)時(shí)間、降低鋁板回收利用成本，爭(zhēng)取盡早將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。 美國(guó)凱特琳大學(xué)莫特工程科學(xué)中心研究員凱文認(rèn)為，即便在技術(shù)層面已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化要求，將它們制成適合各類電子設(shè)備的成品大規(guī)模應(yīng)用，又會(huì)是另外一個(gè)漫長(zhǎng)的等待過程。如果沒有特殊的爆發(fā)誘因，至少最近5年，人們很難看到真正成熟的革命性電池技術(shù)。