編者按：電動(dòng)技術(shù)是綠色地球的未來(lái)，而電池技術(shù)是電動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是制約電動(dòng)技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。目前的主流電池技術(shù)是鋰離子電池，這種電池能量密度不錯(cuò)，效能較高。但是鋰屬于稀有元素，成本高資源有限；同時(shí)隨著可再生能源的使用增長(zhǎng)，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)不再足夠。如何應(yīng)對(duì)？Mayank Jain盤(pán)點(diǎn)了一些未來(lái)可能會(huì)采用的電池技術(shù)。原文發(fā)表在medium上，標(biāo)題是：The Future of Battery Technology
現(xiàn)在的地球充滿了能量，而我們正竭盡所能去捕獲和利用好那些能源。盡管我們?cè)诔稍偕茉崔D(zhuǎn)變的過(guò)程已經(jīng)做得更好，但在儲(chǔ)存能量的事情上我們還沒(méi)有什么進(jìn)展。
目前，電池技術(shù)的最高標(biāo)準(zhǔn)是鋰離子電池。這種電池似乎具備最佳的能量密度，效能高（約99％），并且使用壽命很長(zhǎng)。
那有什么問(wèn)題呢？隨著我們捕獲的可再生能源不斷增長(zhǎng)，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)不夠了。
由于我們可以不斷批量生產(chǎn)電池，這似乎沒(méi)什么大不了，但問(wèn)題是鋰是一種相對(duì)稀有的金屬，因此，它的成本不低。盡管電池的生產(chǎn)成本在下降，但對(duì)能量?jī)?chǔ)存的需求也在迅速增加。
我們已經(jīng)到達(dá)了這么一個(gè)時(shí)點(diǎn)，一旦制造出克替代鋰離子的電池，將會(huì)對(duì)能源行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。
化石燃料能量密度更高是事實(shí)，這是妨礙朝著完全依賴可再生能源轉(zhuǎn)變的一個(gè)巨大的影響因素。我們需要排放能量高于自身重量的電池。
鋰離子電池是如何工作的
鋰電池的工作機(jī)制跟普通AA或AAA化學(xué)電池類似。它們有陽(yáng)極端子和陰極端子，以及在兩者之間的電解質(zhì)。跟普通電池不同的是，鋰離子電池中的放電反應(yīng)是可逆的，所以電池可以反復(fù)充電。
陰極（+端子）由磷酸鐵鋰制成，陽(yáng)極（-端子）由石墨制成，而石墨就是碳制成的。電只是電子的流動(dòng)。這些電池通過(guò)讓鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間移動(dòng)從而產(chǎn)生電流。
充電時(shí)，離子移動(dòng)到陽(yáng)極，放電時(shí)離子就跑到陰極。
離子的這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電子在電路的移動(dòng)，所以說(shuō)鋰離子運(yùn)動(dòng)和電子運(yùn)動(dòng)是相關(guān)聯(lián)的。
硅陽(yáng)極電池
很多像寶馬這樣的大型車企一直在投入資金開(kāi)發(fā)硅陽(yáng)極電池。就像普通的鋰離子電池一樣，這些電池用鋰陽(yáng)極，但是它們不用碳基陽(yáng)極，而是用硅。
作為陽(yáng)極，硅比石墨好用的原因在于需要4個(gè)碳原子才能hold住鋰，而1個(gè)硅原子就能hold住4個(gè)鋰離子 。這是一次重大升級(jí)……使得硅的性能比石墨強(qiáng)了3倍。
盡管如此，鋰的使用依然是一把雙刃劍。這種材料仍然價(jià)格昂貴，但是生產(chǎn)設(shè)施轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)硅電池也比較容易。如果電池是完全不一樣的話，工廠就得進(jìn)行徹底的重新設(shè)計(jì)，這樣就會(huì)導(dǎo)致切換的吸引力略微降低。
硅陽(yáng)極是通過(guò)對(duì)沙進(jìn)行處理產(chǎn)生純硅而制成的，但是研究人員當(dāng)前面臨的最大問(wèn)題是，硅陽(yáng)極在使用的時(shí)候會(huì)膨脹。這會(huì)導(dǎo)致電池降級(jí)得太快。而且陽(yáng)極也很難批量生產(chǎn)。
石墨烯電池
石墨烯是一種碳薄片，采用的材料跟鉛筆的一樣，但是把石墨粘到薄片上的成本很高。石墨烯因?yàn)樵诤芏嘤美械某錾阅芏鴤涫芊Q贊，而電池就是用例之一。
有些公司正在研究可以在幾分鐘之內(nèi)充滿電，并且放電速度比鋰離子電池快33倍的石墨烯電池。這對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)價(jià)值巨大。
泡沫電池
目前，傳統(tǒng)的電池都是二維的。它們要么像鋰電電池一樣堆疊而成，要么像典型的AA或鋰離子電池一樣卷起來(lái)。
而泡沫電池則是個(gè)全新概念，涉及到電荷在3維空間的移動(dòng)。
這種3維結(jié)構(gòu)可加快充電時(shí)間并提高能量密度，這些都是電池極其重要的品質(zhì)。跟大多數(shù)其他電池相比，泡沫電池還沒(méi)有了有害的液體電解質(zhì)。
泡沫電池用固體電解質(zhì)來(lái)替代液體電解質(zhì)。這種電解質(zhì)既能傳導(dǎo)鋰離子，同時(shí)還能跟其他電子設(shè)備絕緣。
保持住電池負(fù)電荷的陽(yáng)極是由泡沫銅制成的，上面還涂有所需的活性材料。
然后再把固態(tài)電解質(zhì)涂覆在陽(yáng)極周圍。
最后，用一種所謂的“正極漿料”的糊劑去填充電池里面的間隙。
鋁氧電池
這些電池的能量密度是所有電池里面最大之一。其能量比目前的鋰離子電池更強(qiáng)勁，重量更輕巧。有人聲稱用這些電池可以讓電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航2000公里。這是什么概念？作為參考，Tesla的最大續(xù)航里程約為600公里。
這些電池的問(wèn)題在于它們無(wú)法充電。它們是通過(guò)鋁和氧在水基電解質(zhì)中的反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氫氧化鋁和釋放能量。電池的使用會(huì)消耗掉作為陽(yáng)極的鋁。
鈉電池
目前，日本的科學(xué)家正在研究制造用鈉來(lái)取代鋰的電池。
這會(huì)是顛覆性的，因?yàn)槔碚撋镶c電池的效率要比鋰電池高7倍。另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)是，鈉是地球儲(chǔ)量第六豐富的元素，相對(duì)于而言，鋰是稀有元素。
譯者：boxi。
