關于鋰電池和燃料電池的研究與發(fā)展歷程
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-10 11:35
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其實在十九世紀末期，汽車最早就是從電池車發(fā)展起來的，鉛酸電池車的產量在二十世紀初期達到了頂峰。但是，隨著1908年福特創(chuàng)新性地采用流水線批量生產T型車(大幅降低成本)，以及1912年汽油車電打火啟動的出現(使用更加便捷)，則對鉛酸電池車造成了致命打擊，電動車從此退出了歷史舞臺。直到上世紀末由于高能化學電源(二次電池和燃料電池)的技術進步，電動汽車才再度引起重視。
國際上第一輪燃料電池的研究熱潮發(fā)生在上世紀七十年代，由于美國航天事業(yè)的需求而帶動了堿性燃料電池(AFC)的實用化，后來GM還制造出了全球首輛AFC燃料電池汽車。由于AFC必須使用純氧而不能直接利用空氣，使得AFC無法應用于民用領域，但是AFC很多技術后來被移植到了PEMFC上。
上世紀七十年代由于阿以戰(zhàn)爭導致了兩次國際石油危機，不僅對全球政治、經濟格局產生了深遠的影響，而且也促使西方國家深刻地認識到尋找新型能源的重要性，從而對新型高能化學電源的研究產生了前所未有的巨大推動。
正是這一時期，人們在有機電解質、固體電極材料、質子交換膜、電極過程動力學等基礎研究方面取得了很大的進展，鈉硫電池和鋰離子電池正是在這個時期構建了基本原理。
得益于上世紀八十年代在過渡金屬氧化物、石墨嵌鋰化合物以及有機電解質領域的研究進展，日本SONY公司在1991年首次將鋰離子電池成功地商業(yè)化。
最初的鋰離子電池由于采用熱解聚糠醛硬碳負極材料能量密度并不高，自從日本大阪煤氣公司在1994年產業(yè)化MCMB之后，鋰離子電池的性能獲得了較大的提升得以迅速占領手機電池市場而飛速發(fā)展起來，上世紀末在全球范圍內掀起了第一波鋰電產業(yè)化浪潮。
與此對應的是從1995年到2002年國際上第一輪鋰電基礎研究熱潮。鋰離子動力電池的研發(fā)也在本世紀初開始嶄露頭角(以法國SAFT為代表)，不過當時并沒有在全球范圍內引起廣泛關注。
美國克林頓政府在1996年拉開了“氫經濟”(氫能和燃料電池)的基礎研究和產業(yè)化的序幕，歐盟緊跟其后。在小布什總統(tǒng)當政的8年時間里，“氫經濟”的研究在西方發(fā)達國家尤其是美國達到了巔峰狀態(tài)，而與此對應的正是鋰離子電池的基礎研究從2002年開始到2007年的這6年里陷入了低谷，當然鋰電的產業(yè)化還是在快速發(fā)展的。
第二輪燃料電池研究/產業(yè)化浪潮在2007年以后逐漸降溫，具體情況筆者在后面章節(jié)將會詳細討論。自從2008年奧巴馬當選美國總統(tǒng)以后，美國政府在電動汽車的戰(zhàn)略方向就從氫能和燃料電池轉向了鋰離子電池，也就是當前國際上的第二輪鋰電研究和產業(yè)化熱潮。
這個轉變并非DOE心甘情愿，其背后的主要原因是氫氣的工業(yè)化生產和存儲以及燃料電池在技術、成本、壽命等方面還存在諸多技術挑戰(zhàn)，這些難題嚴重阻礙了燃料電池電動汽車的產業(yè)化進程。
日本的新能源研究和產業(yè)化政策主要由新能源產業(yè)技術開發(fā)機構(NEDO)負責制訂，與歐美在鋰電和燃料電池兩個領域 “過山車”不大一樣的是，日本過去數十年里在這兩個領域支持力度相差并不大，這主要是因為日本在這兩個領域都處在全球產業(yè)化領先地位，而歐美的鋰電產業(yè)一直都沒發(fā)展起來。
如果我們仔細研讀DOE近幾年在鋰電方面的年度報告(BATT和ABR項目)、歐盟ALISTORE項目以及日本NEDO鋰電相關項目就可以看到，與上世紀末成果豐碩的第一輪鋰電研究熱潮相比，這一輪的鋰電基礎研究基本上沒有取得任何突破性進展，反倒是具有明顯的學術“泡沫化”特征(表現在“納米鋰電”和磷酸鐵鋰兩個方面)，DOE下一階段在高能電化學電源領域改變資助方向將是遲早的事情。
