電池軟板之電池的未來

文章來源：作者：龔愛清查看手機網(wǎng)址

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人氣：4538發(fā)布日期：2017-03-22 10:40【大中小】

巴菲特意識到了在工業(yè)發(fā)展的過程中離不開電池技術(shù)的更新升級，他在去年收購了著名電池公司DuraCell。電池技術(shù)在近十幾年得到飛快的發(fā)展。電池技術(shù)的突破極大促進了手機，電動車，航空領(lǐng)域的發(fā)展。但是電池軟板小編認為，電池技術(shù)在突破鎳氫電池，發(fā)展到鋰離子電池后技術(shù)一直沒有多大的突破。

幾年以前提出的石墨烯電池曾給各個行業(yè)帶來極大的興奮，但是石墨烯電池要能夠成功應(yīng)用在工業(yè)上要突破很多的技術(shù)環(huán)節(jié)，電池開發(fā)人員和很多科學(xué)家都認為這個路程還很遙遠。

特斯拉公司投資50億美元在加州建設(shè)Gigafactory生產(chǎn)鋰離子電池，這個投資數(shù)量是很難超越的，其投資缺口也是很難補平的。

美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的材料學(xué)教授戈爾德•西德對新型電池進行研究，他認為要建立一個小型的生產(chǎn)線，并對所有細節(jié)進行研究制造出需要的電池產(chǎn)品這一過程大概需要5億美元的前期投資。

世界三大電池制造商三星、LG以及松下公司都以及調(diào)整了其投資策略，相較于對一種新型的化學(xué)物質(zhì)以及自由基電池技術(shù)的投資而言，三大電池制造商，更傾向于對其原有產(chǎn)品進行改善方面的投資。

毫無疑問目前的鋰離子電池是當(dāng)前綠色革命的推動劑，但是要在很多方面取得突破性的工作才能有更多的發(fā)展。

研究是材料學(xué)中的硬科學(xué)，需要最起碼對無機化學(xué)，晶體學(xué)，電化學(xué)，物理表征分析如XRD，XPS，磁性都要有所了解或精通若干。

需要有從最基本的化學(xué)合成到最終電池器件的組裝之動手能力。這些要求一個人幾乎不可能達到，需要團隊的努力和合作。

未來電池技術(shù)將廣泛應(yīng)用于電動汽車，也可以開發(fā)出居民用的經(jīng)濟有效的網(wǎng)格狀儲能電池，也可以通過電池儲能技術(shù)的提高擴大更多的可再生能源來源。

但是電池開發(fā)及商業(yè)化利用的道路還很漫長，這個路上有很多不可預(yù)知的障礙。

電池的短期發(fā)展目標：鋰離子電池的陽極和陰極及電池內(nèi)部固態(tài)化

電池技術(shù)像很多其它技術(shù)一樣都要經(jīng)歷“技術(shù)成熟度”，這就是從科技突破到廣泛應(yīng)用的過程。

科學(xué)家們對電池技術(shù)的短期目標是持續(xù)提升穩(wěn)定的鋰離子電池的商業(yè)用途，特別是在電動汽車領(lǐng)域，只有鋰離子的儲能成本大幅低于燃油或者燃氣成本，才能將人類從依靠汽油出行的狀態(tài)中解放出來。

專家估計鋰離子電池的性能將會繼續(xù)得到提高，儲能容量每年將增長6-7%，而且這個增長幅度將持續(xù)幾年時間。

特斯拉在這方面已經(jīng)取得和很大的進展，特斯拉設(shè)計的新型電池更寬，更長，這家就能裝備更多的電池原料，新的電池冷卻系統(tǒng)也越來越成熟，使整個電池組更安全，更有效。

科學(xué)家對于電池陽極和陰極的應(yīng)用材料也更多樣化。

最近在鋰離子電池方面的進展就是科學(xué)家們開始使用相當(dāng)?shù)拟挘X，錳和鎳在陰極，據(jù)推算，到2020年大約有75%的電池有望利用鈷來擴大儲能。

下一代的陰極有可能是一種富含鋰的層狀結(jié)構(gòu)。還有其它兩種結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)是尖晶石機構(gòu)（Spinel Structure)，另外一種是橄欖石結(jié)構(gòu)（Olivine Structrue）。

在電池陽極材料方面會取得更大的突破，一是使用石墨，另外一種是使用硅。理論上說，硅陽極電池要比石墨陽極的好，但不穩(wěn)定，電池會破裂。

為了突破這些技術(shù)環(huán)節(jié)，科學(xué)家正在探索幾種可能方式來解決這個問題，例如在硅材料外部裝上一層石墨烯罩來防止硅材料受熱膨脹后破裂。

另外一種方法是利用納米線來更好地控制硅材料的體積變化。

找到將硅材料集成到電池陽極部分中的方法是電池制造商們短期之內(nèi)需要突破的技術(shù)環(huán)節(jié)。

現(xiàn)在，特斯拉公司的電池可以將少量的硅材料集成在石墨陽極中，就是這一小突破也大大地提高了電池的容量。

追求電池內(nèi)部固態(tài)化的突破將使未來的電池的儲能密度更高。據(jù)估計，這一方面的突破可以在2020年實現(xiàn)。

但是這也有一個問題，就是離子在固態(tài)電解液之中運動的速度會放慢，這需要科學(xué)家們找到新的方法解決這一問題。

電池的長期發(fā)展目標

科學(xué)家們嘗試在電池陰極采用鋰空氣，如果鋰空氣能成功的話，儲能密度將超過鋰離子的10倍儲能效率。

科學(xué)家們同時還在試用鋁空氣和鈉空氣在電池陰極中。但是這些嘗試會遇到以下一些問題：空氣不夠純，需要空氣過濾裝置，鋰和氧氣會產(chǎn)生過氧化物膜，會影響電池儲能容量。

如果這些問題能解決的話，未來的電池會更輕，更便宜，而且比鋰離子電池功效還強大。

科學(xué)家們也在探索全新的下一代電池-釩離子電池。

釩離子電池將會抗氧化，可以使儲能更多，而且通過增加電解液儲藏容積很輕松地擴大電池容量，但是這種電池能源轉(zhuǎn)換比例不穩(wěn)定，而且會非常重，只能應(yīng)用于靜態(tài)工作場地。

無論是移動電子產(chǎn)品、電動汽車乃至大規(guī)模儲能，大家對未來電池的要求都差不多——能量密度高，性能穩(wěn)定，安全可靠，壽命長，充電速度快，而且要便宜，環(huán)保。

某種新材料或能滿足其中若干項，但滿足所有要求確實難度極高。

硅谷的科技創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)以不同的規(guī)模在探索電池儲能技術(shù)的突破，如果能在這方面取得進展，并關(guān)注電池產(chǎn)業(yè)的原材料鈷及銅產(chǎn)業(yè)，這無疑是個投資好方向。

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