鋰電池該如何創(chuàng)新

    鋰電世界  無論哪個(gè)牌子的智能手機(jī)，如果連續(xù)使用，續(xù)航都超不過6~8個(gè)小時(shí)，于是“超長(zhǎng)待機(jī)”成為手機(jī)廠商的一大競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn);而面對(duì)市場(chǎng)上眾多品牌的電動(dòng)車型，單次充電續(xù)航里程也成了消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)汽車的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，甚至“里程焦慮”(RangeAnxiety)這樣的詞匯也應(yīng)運(yùn)而生。

    電池，儼然是現(xiàn)代生活的必需品，但卻遲遲跟不上前沿科技快速前進(jìn)的腳步，成為人們生活中的一大焦慮，所以電池產(chǎn)業(yè)亟待一場(chǎng)能夠帶來翻天覆地變化的革命力量。

    目前，大多數(shù)移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車都采用鋰電池。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為“鋰電池是一種近乎理想的電池”，因?yàn)殇囀堑厍蛏现亓孔钶p的金屬，相比鉛、鋅和鎳鎘這些比重更大的替代品，它攜帶電子的能力更勝一籌。此外，鋰電池不會(huì)出現(xiàn)鎳鎘電池的“記憶效應(yīng)”，所以完全不必等電量耗盡，隨充隨用也不用擔(dān)心會(huì)對(duì)電池造成傷害。

    現(xiàn)在的焦點(diǎn)其實(shí)在鋰電池自身的相對(duì)短板上。鋰元素過于活潑導(dǎo)致安全性問題，能量密度偏低，儲(chǔ)電成本偏高等。

    盡管目前很多科研人員都在努力嘗試，時(shí)常會(huì)有一些相關(guān)的研究新成果發(fā)布，但面臨的主要問題在于如何將理想化的實(shí)驗(yàn)成果轉(zhuǎn)化為可大批量生產(chǎn)的、日常生活能夠使用的電池產(chǎn)品。由于在電極材料的選擇和制造工藝上，并無大幅改觀，因此不少科學(xué)家對(duì)鋰電池能量密度是否能在現(xiàn)有水平上得到進(jìn)一步提升，仍持保留意見。

    目前美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)技術(shù)小組負(fù)責(zé)人VincentBattaglia博士領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組正在研究一種名為“過渡金屬”(transitionmetals)的材料。這是一種由金屬錳、鎳、鈷和石墨組成的混合物，可用來充當(dāng)鋰電池的電極。Battaglia表示只要找到上述四種金屬的最佳配比，就能夠有效提高原有鋰電池的能量密度。相比開發(fā)一款全新電池產(chǎn)品所耗費(fèi)的精力和財(cái)力，這種“借力”的方式更為可取。

    其他機(jī)構(gòu)的研究人員則探索了多種提高電池能量密度的方式。來自美國(guó)斯坦福大學(xué)的崔毅和他的同事們正在開發(fā)一種薄膜，它的厚度只有原子大小，可用來包裹電池陽極。據(jù)悉，經(jīng)過薄膜包裹處理后的陽極能夠承載鋰離子的數(shù)量大幅增加，同時(shí)搭配用硫制成的陰極(硫，和金屬鋰類似，有著很高的能量密度)，其存儲(chǔ)的電能總量約為同質(zhì)量鋰電池的5倍。

    無獨(dú)有偶，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的梁誠(chéng)度(音譯)及其研究團(tuán)隊(duì)有著類似的實(shí)驗(yàn)成果。他們正在開發(fā)的一款鋰硫電池并沒有采用傳統(tǒng)液態(tài)或膠狀的電解質(zhì)，而是“劍走偏鋒”的使用了固態(tài)電解質(zhì)，這使得電池本身會(huì)變得更加穩(wěn)定，即使能量密度大幅提升也不用擔(dān)心出現(xiàn)過熱起火的事故。不過遺憾的是，即便這些電池目前已經(jīng)具備了商業(yè)化的條件，但在正式推向市場(chǎng)之前，還有著很長(zhǎng)的一段路要走。

    其實(shí)，一些體積非常小的固態(tài)電池在小型裝置和傳感器上并不陌生，它們經(jīng)常被用作微型芯片的備用電源。不過這種固態(tài)電池的生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)鋰電池大為不同，和半導(dǎo)體的制作工藝頗為相似，即將電池材料通過“印刷”的方式置于底層基板上。

    盡管這種固態(tài)電池的能量密度極高，但如若生產(chǎn)用于手機(jī)和電動(dòng)汽車使用的大型產(chǎn)品，成本造價(jià)則太過昂貴。為此，已經(jīng)有很多公司在積極嘗試改變這一現(xiàn)狀。Sakti3作為密歇根州本土的一家電池供應(yīng)商，目標(biāo)是將“鋰硫電池”每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能費(fèi)用降至100美元左右，而英國(guó)知名吸塵器制造商戴森近日則為這家公司注資1500萬美金，用于支撐該研究項(xiàng)目的進(jìn)行。此外，德國(guó)大眾集團(tuán)數(shù)月前曾購(gòu)入一家位于硅谷、致力于固態(tài)電池研究的初創(chuàng)公司——QuantumScape的5%股權(quán)。

    從理論上來看，鋰空氣電池的能量密度最高，而空氣的使用則會(huì)大幅降低該電池的重量。盡管研究人員數(shù)年一直在嘗試制作類似的鋰電池，但目前還只是停留在試驗(yàn)階段，尚無任何可投入商用的重大成果推出。

    盡管目前鋰電池技術(shù)并未實(shí)現(xiàn)任何創(chuàng)新性的突破，且面臨其他種類電池的沖擊，但從20世紀(jì)90年代第一塊索尼電池的推出，到今天智能手機(jī)、筆記本電腦的普及，鋰電池應(yīng)用范圍的擴(kuò)張趨勢(shì)不可阻擋。目前我們所期待的，正是鋰電池在實(shí)驗(yàn)室中的創(chuàng)新突破，何時(shí)能夠走上工業(yè)化的道路上來。