電池面臨五大挑戰(zhàn) 硅和石墨烯成新的能源點(diǎn)金石

西媒稱，從美國內(nèi)華達(dá)州里諾市出發(fā)，車程大約半小時，一座奇特的建筑物呈現(xiàn)在眼前，下一個十年這里很有可能成為決定技術(shù)發(fā)展趨勢的地方。它由兩座在沙漠當(dāng)中建造起來的工廠組成，看上去和任何美國郊區(qū)的購物中心沒什么區(qū)別，但表象永遠(yuǎn)是騙人的。2017年，這座耗資將近50億美元的建筑將變成世界上最大的電池制造工廠。2020年在達(dá)到全部產(chǎn)能時，每年可以出產(chǎn)50萬塊鋰電池。

　　據(jù)西班牙某月刊5月號報道，這就是被稱為Gigafactory1的特斯拉首個超級電池工廠。電動汽車制造商特斯拉與日本松下公司合作，為解決困擾全世界的技術(shù)難題尋找解決方案。鋰電池在問世25年后，雖然在性能上已經(jīng)完善到極致，但也已經(jīng)再無進(jìn)步的可能。

　　報道稱，在沒有其他可行的商業(yè)選擇的情況下，特斯拉公司唯一的出路就是增加電池的產(chǎn)量以滿足電動汽車日益增長的市場需求，而且這對于降低設(shè)備成本也至關(guān)重要。未來特斯拉超級電池工廠的產(chǎn)能將相當(dāng)于2013年全球的電池產(chǎn)量。特斯拉因此可以向市場上推出迄今為止最為經(jīng)濟(jì)的電動汽車。

　　未來電池面臨的五大挑戰(zhàn)

　　成本。材料僅僅是關(guān)系到產(chǎn)品最終價格的其中一個因素。液態(tài)電解質(zhì)的危險性對保存和包裝的要求都非常高，運(yùn)輸成本因此會增加。最安全和穩(wěn)定的電池將可以降低電動汽車的成本，對電網(wǎng)中可再生能源的工作也是一種補(bǔ)充。

　　安全性。雖然30多年來電池的效率和可靠性都有很大提高，但它依然是一種危險的設(shè)備，如果在充電和放電過程中沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，電池仍然極易燃燒。

　　數(shù)量。電池制造的全球產(chǎn)能每年大約為35千兆瓦時。這一數(shù)字仍無法滿足電子消費(fèi)品和電動汽車制造商的需求。如果想實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)園的徹底轉(zhuǎn)型，以及讓鋰電池在電網(wǎng)中占有更大份額，就需要讓產(chǎn)量翻番。

　　可回收。鋰電池在經(jīng)過成百上千次充電和放電過程后，性能上就會下降。鋰電池可以回收，但這是一個昂貴的過程，而且需要專業(yè)的勞動力。如果想減少鋰電池對環(huán)境的危害，未來的鋰電池開發(fā)就必須更多地關(guān)注回收這個環(huán)節(jié)。

　　性能。鋰電池的能量密度很低，接近于每千克150-250瓦時。為了能真正取代燃料汽車，鋰電池在存儲能力上就必須提高。

　　能源是解決電動汽車成本的關(guān)鍵

　　報道稱，最大的問題在于電池的存儲能力。一塊鋰電池的重量能量密度大約為每千克160瓦時。目前市場上最先進(jìn)的鋰電池的能量密度可以達(dá)到每千克250瓦時，但價格不菲。作為電動汽車的駕駛者，如果想將來不再為了電池的續(xù)航能力而焦慮，就必須把電池的存儲能力至少提高到每千克350瓦時。如果不行，唯一的選擇就是多準(zhǔn)備電池和增加汽車重量，或者提高電池充電的成本和時間。

　　鋰依然是實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍的最有誘惑力的材料。因此，各個實(shí)驗(yàn)室都在集中精力做三件事：提高電池正極材料技術(shù)；提高負(fù)極材料技術(shù)；獲得更有效的電解溶液，如果可以就使用固態(tài)電解質(zhì)，以便提高電池的安全性和設(shè)備容量。

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