從電信到交通，過去二十年見證了高效、便攜、環(huán)保電池的發(fā)展。耗電量巨大的移動電話線路在很大程度上取代了低壓固定電話線，而電動汽車經(jīng)常出現(xiàn)在歐洲道路上—在加速和效率方面都超過了碳氫燃料汽車。

電子香煙取代了導(dǎo)致肺癌的煙草產(chǎn)品，因為電子香煙讓空氣中充滿了芳香的蒸汽。每一種設(shè)備都需要高密度的可充電電池才能正常工作；無論好壞，鋰離子電池已成為標準；畢竟，鉛酸電池體積龐大、危險且低效，而鎳鎘電池中的鎘在2005年被歐盟宣布為非法。

鋰離子電池技術(shù)的局限

鋰電池具有非常高的能量密度，這意味著它們可以存儲相當(dāng)大的電量：它們不會隨著時間的推移而自行放電，并且它們不需要維護—因為它們沒有內(nèi)存而且電池也不需要定期循環(huán)來延長壽命。

鋰電設(shè)備的未來前景光明，以至于電動汽車制造商特斯拉投入約45億歐元來建立第一個太陽能電池超級工廠，為公司的Model S電池生產(chǎn)基于鋰離子的動力墻、電池組和電池。世界上最大的鋰離子電池是特斯拉在2017年制造的，完全充電后，可以為多達3萬戶家庭供電至少一個小時。

老化和降解

不可否認的是，鋰離子電池會隨著時間的推移而失效。陰極會降解，經(jīng)過大約1000次充電循環(huán)后，高端電池將損失約20％的電量。鋰離子電池即使不使用也會退化，而且在儲存一年之后，充滿電的電池也會損失20%的電量；如果他們進入“深度放電”狀態(tài)，很可能就不會再充電了。這種降解主要是由于晶須、樹狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及鍍層表面的生長（統(tǒng)稱為樹枝狀晶體）。

不利環(huán)境影響

雖然歐洲有許多設(shè)施可以收集和處理鋰離子電池，但很少有設(shè)施可以進行回收利用的。盡管特斯拉計劃在其超級工廠上促進電池的回收利用，但目前只能使用第三方合作伙伴來實現(xiàn)這一目標，這是一個低效的過程。通常，無效的鋰離子電池會被直接扔進垃圾填埋場。

不幸的是，開采鋰要比在回收過程中從電池中提取鋰便宜得多——鋰電池回收企業(yè)很少（如果有的話）收支平衡，因此需要國家補貼。雖然從地下開采鋰可能在經(jīng)濟上是合理的，但卻破壞環(huán)境。鋰礦開采破壞環(huán)境。礦山和制造廠有毒物質(zhì)的泄漏嚴重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)——河流污染、殺死牲畜和魚類，并使原本肥沃的農(nóng)田受到嚴重污染。

雖然金屬可以從海水或鹽水沉積物中提取，但該過程需要大量的水。智利是世界上最干旱的沙漠，由于水資源有限，立法者正在考慮限制鋰礦開采權(quán)?；厥漳芰Φ娜狈驮絹碓蕉嗟碾姵毓╇姰a(chǎn)品意味著需求只會增長，而環(huán)境負擔(dān)也會隨之增加。

提高穩(wěn)定性和性能

防止或改善鋰離子電池相關(guān)問題的一種方法是提高其可靠性，確保它們不會隨著時間的推移而降解并且可以無限期使用。

提高電池壽命和整體可靠性

韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究院的研究人員設(shè)計了一項新技術(shù)，該技術(shù)有望限制細胞內(nèi)鋰箔的枝晶生長。這有可能無限期地延長電池壽命，同時提高電池本身的穩(wěn)定性和性能。該技術(shù)還處于早期階段，涉及用鋰—鋰化鋰—鋰陽極上，從而形成更加均勻的表面，并限制枝晶體形成。該過程尚未在真正的電池中進行試驗，研究正在進行中。另一種可能性是，工業(yè)將完全脫離鋰離子電池和其他稀土電池，從而能夠生產(chǎn)出一種材料簡單、不污染環(huán)境的電池。

鉀氧電池

鉀氧電池最初于2013年開發(fā)，其存儲容量是鋰電池的兩倍，效率也比鋰電池高。但是電池每次充電都會降解，電池的續(xù)航時間從未超過10次，這使得該技術(shù)無法應(yīng)用到可靠性和壽命要求較高的應(yīng)用上。降解是由于氧氣滲入陽極，導(dǎo)致陽極分解。最近的發(fā)展已經(jīng)看到OSU研究人員將聚合物加入陰極，防止氧氣到達并破壞陽極。在過去六年中，鉀氧電池的壽命從10個充電周期躍升至至少125個。這仍然不如鋰離子電池好，但已經(jīng)取得了進步。

如果OSU研究人員能夠?qū)⑩浹蹼姵氐男阅芴岣叩较嗨扑剑敲粹浹蹼姵鼐捅蠕囯x子電池有優(yōu)勢。否則除了提高電量和效率外，超級工廠將不需要制造它們。鉀氧電池的成本不到鋰電池的一半，它們不使用任何特殊材料而且它們還可以在任何地方制造。

電動汽車續(xù)航里程的持續(xù)提升也推動著動力電池能量密度的提升，目前普遍使用的石墨負極材料的理論比容量僅為372mAh/g，遠遠無法滿足高比能電池的設(shè)計需求，因此容量更高的Si和SiO材料體系成為目前的研究熱點，然而即便是容量更高的Si負極也無法滿足400Wh/kg，甚至500Wh/kg下一代高比能電池的需求，因此金屬Li又進入到人們的視野。金屬鋰的理論比容量為3860mAh/g，本身又具有極佳的導(dǎo)電性，因此是一種理想的鋰離子電池負極材料，然而金屬鋰負極在使用過程中面臨著金屬鋰枝晶和死鋰等問題，不僅嚴重影響金屬鋰電池的循環(huán)性能，還會造成嚴重的安全隱患。

為了解決金屬鋰負極存在的這些問題，近日美國陸軍實驗室的JudithAlvarado（第一作者）和OlegBorodin,YingShirleyMeng,KangXu（通訊作者）開發(fā)了一種FSI-和TFSI-雙鋰鹽混合型醚類電解液，新型電解液優(yōu)化了Li在負極的沉積過程，從而顯著提升了金屬鋰電池的循環(huán)性能，NCM622/Li電池循環(huán)300次后容量保持率仍然高達88%。

鋰離子電池中電解液為酯類溶劑體系，反應(yīng)活性比較高，因此不適合金屬鋰電池，而醚類溶劑則相對比較穩(wěn)定，研究表明醚類電解液能夠很好的抑制金屬鋰枝晶的生長。除了溶劑體系外，鋰鹽的選擇也對金屬鋰負極的性能有著顯著的影響，例如高濃度的LiFSI能夠顯著的提升鋰金屬電池的庫倫效率。