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电池的未来

2017-3-3 22:08| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 15080| 评论: 0|原作者: 魏宝军|来自: 阿尔法工场

摘要: 巴菲特意识到了在工业发展的过程中离不开电池技术的更新升级,他在去年收购了著名电池公司DuraCell。电池技术在近十几年得到飞快的发展。电池技术的突破极大促进了手机,电动车,航空领域的发展。但是电池技术在突破 ...

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巴菲特意识到了在工业发展的过程中离不开电池技术的更新升级,他在去年收购了著名电池公司DuraCell。电池技术在近十几年得到飞快的发展。

电池技术的突破极大促进了手机,电动车,航空领域的发展。但是电池技术在突破镍氢电池,发展到锂离子电池后技术一直没有多大的突破。

几年以前提出的石墨烯电池曾给各个行业带来极大的兴奋,但是石墨烯电池要能够成功应用在工业上要突破很多的技术环节,电池开发人员和很多科学家都认为这个路程还很遥远。

特斯拉公司投资50亿美元在加州建设Gigafactory生产锂离子电池,这个投资数量是很难超越的,其投资缺口也是很难补平的。

美国加利福尼亚大学伯克利分校的材料学教授戈尔德•西德对新型电池进行研究,他认为要建立一个小型的生产线,并对所有细节进行研究制造出需要的电池产品这一过程大概需要5亿美元的前期投资。

世界三大电池制造商三星、LG以及松下公司都以及调整了其投资策略,相较于对一种新型的化学物质以及自由基电池技术的投资而言,三大电池制造商,更倾向于对其原有产品进行改善方面的投资。

毫无疑问目前的锂离子电池是当前绿色革命的推动剂,但是要在很多方面取得突破性的工作才能有更多的发展。

研究是材料学中的硬科学,需要最起码对无机化学,晶体学,电化学,物理表征分析如XRD,XPS,磁性都要有所了解或精通若干。

需要有从最基本的化学合成到最终电池器件的组装之动手能力。这些要求一个人几乎不可能达到,需要团队的努力和合作。

未来电池技术将广泛应用于电动汽车,也可以开发出居民用的经济有效的网格状储能电池,也可以通过电池储能技术的提高扩大更多的可再生能源来源。

但是电池开发及商业化利用的道路还很漫长,这个路上有很多不可预知的障碍。

电池的短期发展目标:锂离子电池的阳极和阴极及电池内部固态化

电池技术像很多其它技术一样都要经历“技术成熟度”,这就是从科技突破到广泛应用的过程。

科学家们对电池技术的短期目标是持续提升稳定的锂离子电池的商业用途,特别是在电动汽车领域,只有锂离子的储能成本大幅低于燃油或者燃气成本,才能将人类从依靠汽油出行的状态中解放出来。

专家估计锂离子电池的性能将会继续得到提高,储能容量每年将增长6-7%,而且这个增长幅度将持续几年时间。

特斯拉在这方面已经取得和很大的进展,特斯拉设计的新型电池更宽,更长,这家就能装备更多的电池原料,新的电池冷却系统也越来越成熟,使整个电池组更安全,更有效。

科学家对于电池阳极和阴极的应用材料也更多样化。

最近在锂离子电池方面的进展就是科学家们开始使用相当的钴,铝,锰和镍在阴极,据推算,到2020年大约有75%的电池有望利用钴来扩大储能。

下一代的阴极有可能是一种富含锂的层状结构。还有其它两种结构,一种结构是尖晶石机构(Spinel Structure),另外一种是橄榄石结构(Olivine Structrue)。

在电池阳极材料方面会取得更大的突破,一是使用石墨,另外一种是使用硅。理论上说,硅阳极电池要比石墨阳极的好,但不稳定,电池会破裂。

为了突破这些技术环节,科学家正在探索几种可能方式来解决这个问题,例如在硅材料外部装上一层石墨烯罩来防止硅材料受热膨胀后破裂。

另外一种方法是利用纳米线来更好地控制硅材料的体积变化。

找到将硅材料集成到电池阳极部分中的方法是电池制造商们短期之内需要突破的技术环节。

现在,特斯拉公司的电池可以将少量的硅材料集成在石墨阳极中,就是这一小突破也大大地提高了电池的容量。

追求电池内部固态化的突破将使未来的电池的储能密度更高。据估计,这一方面的突破可以在2020年实现。

但是这也有一个问题,就是离子在固态电解液之中运动的速度会放慢,这需要科学家们找到新的方法解决这一问题。

电池的长期发展目标

科学家们尝试在电池阴极采用锂空气,如果锂空气能成功的话,储能密度将超过锂离子的10倍储能效率。

科学家们同时还在试用铝空气和钠空气在电池阴极中。但是这些尝试会遇到以下一些问题:空气不够纯,需要空气过滤装置,锂和氧气会产生过氧化物膜,会影响电池储能容量。

如果这些问题能解决的话,未来的电池会更轻,更便宜,而且比锂离子电池功效还强大。

科学家们也在探索全新的下一代电池-钒离子电池。

钒离子电池将会抗氧化,可以使储能更多,而且通过增加电解液储藏容积很轻松地扩大电池容量,但是这种电池能源转换比例不稳定,而且会非常重,只能应用于静态工作场地。

无论是移动电子产品、电动汽车乃至大规模储能,大家对未来电池的要求都差不多——能量密度高,性能稳定,安全可靠,寿命长,充电速度快,而且要便宜,环保。

某种新材料或能满足其中若干项,但满足所有要求确实难度极高。

硅谷的科技创业公司已经以不同的规模在探索电池储能技术的突破,如果能在这方面取得进展,并关注电池产业的原材料钴及铜产业,这无疑是个投资好方向。

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