鋰電池該如何創新

    鋰電世界  無論哪個牌子的智能手機，如果連續使用，續航都超不過6~8個小時，于是“超長待機”成為手機廠商的一大競爭點;而面對市場上眾多品牌的電動車型，單次充電續航里程也成了消費者購買電動汽車的主要衡量標準，甚至“里程焦慮”(RangeAnxiety)這樣的詞匯也應運而生。

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

    目前，大多數移動電子設備和電動汽車都采用鋰電池。業內專家認為“鋰電池是一種近乎理想的電池”，因為鋰是地球上重量最輕的金屬，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，鋰電池不會出現鎳鎘電池的“記憶效應”，所以完全不必等電量耗盡，隨充隨用也不用擔心會對電池造成傷害。

    現在的焦點其實在鋰電池自身的相對短板上。鋰元素過于活潑導致安全性問題，能量密度偏低，儲電成本偏高等。

    盡管目前很多科研人員都在努力嘗試，時常會有一些相關的研究新成果發布，但面臨的主要問題在于如何將理想化的實驗成果轉化為可大批量生產的、日常生活能夠使用的電池產品。由于在電極材料的選擇和制造工藝上，并無大幅改觀，因此不少科學家對鋰電池能量密度是否能在現有水平上得到進一步提升，仍持保留意見。

    目前美國勞倫斯伯克利國家實驗室電化學技術小組負責人VincentBattaglia博士領導的實驗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。相比開發一款全新電池產品所耗費的精力和財力，這種“借力”的方式更為可取。

    其他機構的研究人員則探索了多種提高電池能量密度的方式。來自美國斯坦福大學的崔毅和他的同事們正在開發一種薄膜，它的厚度只有原子大小，可用來包裹電池陽極。據悉，經過薄膜包裹處理后的陽極能夠承載鋰離子的數量大幅增加，同時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)，其存儲的電能總量約為同質量鋰電池的5倍。

    無獨有偶，美國橡樹嶺國家實驗室的梁誠度(音譯)及其研究團隊有著類似的實驗成果。他們正在開發的一款鋰硫電池并沒有采用傳統液態或膠狀的電解質，而是“劍走偏鋒”的使用了固態電解質，這使得電池本身會變得更加穩定，即使能量密度大幅提升也不用擔心出現過熱起火的事故。不過遺憾的是，即便這些電池目前已經具備了商業化的條件，但在正式推向市場之前，還有著很長的一段路要走。

    其實，一些體積非常小的固態電池在小型裝置和傳感器上并不陌生，它們經常被用作微型芯片的備用電源。不過這種固態電池的生產方式和傳統鋰電池大為不同，和半導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。

    盡管這種固態電池的能量密度極高，但如若生產用于手機和電動汽車使用的大型產品，成本造價則太過昂貴。為此，已經有很多公司在積極嘗試改變這一現狀。Sakti3作為密歇根州本土的一家電池供應商，目標是將“鋰硫電池”每千瓦時的儲能費用降至100美元左右，而英國知名吸塵器制造商戴森近日則為這家公司注資1500萬美金，用于支撐該研究項目的進行。此外，德國大眾集團數月前曾購入一家位于硅谷、致力于固態電池研究的初創公司——QuantumScape的5%股權。

    從理論上來看，鋰空氣電池的能量密度最高，而空氣的使用則會大幅降低該電池的重量。盡管研究人員數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并未實現任何創新性的突破，且面臨其他種類電池的沖擊，但從20世紀90年代第一塊索尼電池的推出，到今天智能手機、筆記本電腦的普及，鋰電池應用范圍的擴張趨勢不可阻擋。目前我們所期待的，正是鋰電池在實驗室中的創新突破，何時能夠走上工業化的道路上來。