鋰空氣電池或顛覆未來 電動(dòng)汽車、智能手機(jī)將獲益

從口袋中的手機(jī)到公路上的汽車，幾乎所有的東西只要帶有電路都需要電池。在過去的幾十年里，盡管科技產(chǎn)業(yè)的其它板塊飛速發(fā)展，電池卻進(jìn)步緩慢。

　　在如今的交通、能源、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，電池不足已經(jīng)成為最大的瓶頸。我們的能源需求還在不斷增長(zhǎng)，但我們可以攜帶、存儲(chǔ)的能源卻是有限的。智能手機(jī)很難續(xù)航一天，電動(dòng)汽車充電一次的行駛里程比汽車和柴油汽車更短，從源頭（比如太陽能面板）存儲(chǔ)能源是一件相當(dāng)困難的事。

　　我們非常需要在能源存儲(chǔ)上取得突破，許多企業(yè)都在研發(fā)新技術(shù)，包括石油巨頭。一旦成功，可能會(huì)就形成一個(gè)利潤(rùn)龐大的市場(chǎng)，可惜的是電池的化學(xué)特性存在限制，我們很難克服。

　　最大的問題在于能量密度：在特定體積和重量的存儲(chǔ)單元內(nèi)可以存儲(chǔ)多少能源。1991年鋰電池首次推出，它已經(jīng)用在手機(jī)、汽車、其它可充電設(shè)備上，每千克大約可以存儲(chǔ)電能150和250瓦時(shí)（Wh/kg）。為了更好地理解，我們可以類比一下，一臺(tái)冰箱每天消耗1600瓦時(shí)電能，汽油存儲(chǔ)的能量大約為每千克13000瓦時(shí)——比最好的鋰電池多了50倍。

　　還有一些電池用其它金屬或者元素來形成化學(xué)反應(yīng)，比如硫磺或者硅，但是研究者很難提高能量密度，很難達(dá)到安全要求。

　　倫敦帝國(guó)學(xué)院戴森工程設(shè)計(jì)學(xué)院比利？吳（Billy Wu）認(rèn)為：“你在盒子中裝入的能源越多，它的危險(xiǎn)系數(shù)就越高。安全是關(guān)鍵，熱管理相當(dāng)重要。如果電池的溫度超過80攝氏度，組件就會(huì)開始分解，可能還會(huì)爆炸?！?/p>

　　咨詢公司Freedonia Group、戴森、特斯拉、三星、松下、IBM最近對(duì)電池產(chǎn)業(yè)做過調(diào)查，預(yù)測(cè)整個(gè)電池市場(chǎng)的規(guī)模到了2019年將會(huì)達(dá)到1200億美元。

　　特斯拉電動(dòng)汽車充電一次可以開200-300英里（約322-483公里），它最近還進(jìn)入到家庭電池市場(chǎng)。通過與松下合作，特斯拉投資50億美元建設(shè)“Gigafactory”工廠。要將電動(dòng)汽車推向大眾市場(chǎng)，電池的大規(guī)模生產(chǎn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。現(xiàn)有的特斯拉Model S定價(jià)大約58300英磅（約55.5萬元），電池占了近五分之一。

　　許多人認(rèn)為500英里是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，汽車或者柴油汽車裝滿一箱油平均可以開500英里（約805公里）左右。從2009年開始，IBM的Battery 500 Project項(xiàng)目就在開發(fā)鋰空氣電池，它的能量密度有可能達(dá)到汽油的水平，只是到目前為止商用產(chǎn)品仍然不見蹤影。

　　鋰空氣（或者鋰氧）電池從空氣中“呼吸”氧氣，用于形成化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能，現(xiàn)有的電池——比如鋰電池——將氧化物存儲(chǔ)在電池內(nèi)部。正因如此，鋰空氣電池的能量密度才會(huì)大大提高，與汽油相當(dāng)，從理論上講鋰空氣電池的能量密度相當(dāng)于目前鋰電池的10倍。

　　德州達(dá)拉斯大學(xué)教授Kyeongjae Cho認(rèn)為，鋰空氣電池有很大的希望。他說：“盡管全球許多集團(tuán)都在積極研究，但希望并沒有出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中，我們的研究是一個(gè)激動(dòng)人心的進(jìn)步?！彼难芯恐饕獙Ｗ⒂阡嚳諝怆姵氐碾娊庖捍呋瘎?，和傳統(tǒng)的固態(tài)催化劑相比，使用可溶解的催化劑能夠明顯提升性能。Kyeongjae Cho表示：“希望我們的發(fā)現(xiàn)可以讓研究恢復(fù)生機(jī)，為未來發(fā)展積累動(dòng)能?！?/p>

　　據(jù)報(bào)道，Kyeongjae Cho研究的電池成本和重量只有當(dāng)前電池的五分之一，鋰空氣電池可以讓汽車充電一次開400英里（約644公里），讓手機(jī)續(xù)航一周。但是據(jù)Kyeongjae Cho透露，要在實(shí)際應(yīng)用中增加鋰空氣電池的容量有點(diǎn)難，雖然許多大企業(yè)和大學(xué)都在研究，但是結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能讓人滿意。到目前為止，電池還存在效率低、倍率性能不佳、不穩(wěn)定、存在多余化學(xué)反應(yīng)等問題。

　　比利？吳說：“許多人都在談?wù)摻饘倏諝庀到y(tǒng)，它已經(jīng)出現(xiàn)在水平線上，但是離商用還有20多年的距離?！?/p>

　　去年10月，戴森收購(gòu)了Sakti3公司，它是一家專門研發(fā)固態(tài)電池的企業(yè)，固態(tài)電池的能量密度是鋰電池的2倍。Sakti3使用固態(tài)聚合物作為電解質(zhì)，充電的速度可以加快。

　　在消費(fèi)領(lǐng)域之外，許多研究圍繞能源供應(yīng)展開。比利？吳稱：“可再生能源存在一個(gè)問題，比如太陽能和風(fēng)能，它們的能源是間斷的，有時(shí)會(huì)帶來很好的能源，有時(shí)會(huì)中斷，免得電網(wǎng)負(fù)載過高?！?/p>

　　將能源存儲(chǔ)在電池中也許可以解決供應(yīng)問題。但就目前來看，要在大型電池組或者在家中存儲(chǔ)這樣的能源同樣存在限制——和消費(fèi)電子一樣的限制。所有的商用電池公司能做的只有盡可能利用好鋰電池電芯。

　　電池技術(shù)的突破終將到來，但時(shí)機(jī)尚未完全成熟。