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      透过泡沫看本质:电池的未来在哪里

      2016-06-02 13:32:21 来源: 《科学美国人》中文版《环球科学》(?#26412;? 举报
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      核心提示:锂-空气电池想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池、达?#20581;?#31283;定生产期?#20445;?#36824;有很长的路要走。

      (原标题:透过泡沫看本质:电池的未来在哪里)

      卡内基梅隆大学提出的“?#38469;醭沙?#26354;线”告诉我们,诸多新?#38469;?#24819;要与锂离子电池竞争还有多远的路要走。 

      每隔几周我们都能看到爆炸性新闻,声?#21697;?#29616;了电池?#38469;?#30340;“圣杯?#20445;?#23558;来我们可以运用该?#38469;?#22312;几分钟内给智能手机充满电、开电动车行驶数百英里、开发廉价可靠的可再生能源存储手段。

      然而,这些“颠覆游戏规则”的电池似乎并没有在头条新闻之外的地方大显身手。这是怎么回事呢?

      卡耐基梅隆大学机械工程学院的助理教授Venkat Viswanathan提出了同样的问题。在最近发表的论文中,他?#36864;?#30340;同事提出了一个量化电池化学研究进展的“?#38469;醭沙?#26354;线(hype cycle)”。

      这些研究人员统计新发表关于特定电池化学机制的?#38469;?#35770;文,以确定该?#38469;?#22312;“?#38469;醭沙?#26354;线”中的位置:从“创新出发点”、“期望膨胀顶峰”到最终的“稳定生产期”。最后这一阶段正是当前锂电池所处的位置。

      HypeCycle.png

      这个图表展示了一些类?#36879;?#24322;的电池?#38469;酢?#38192;离子电池、?#35780;?#23376;电池、锂-硫电池的工作原理?#21152;?#38146;离子电池在某种程度上类似,但它们在能量密度(决定了电池有多小,或多轻)和成本上有击败锂离子电池的潜力。譬如,由于硫的价格低廉,相比于当今的锂离子电池,锂-硫电池有潜力大幅降低成本。然而目前的锂-硫电池并不稳定,易出现能效大幅?#38470;?#21644;自放电。并且,当离子在电池中运动时,锂-硫电池的电极可能膨大80%,如此一来就很难?#19994;?#32500;持电池形态的材料。不过锂-硫电池?#20146;?#26377;前景的?#38469;?#20043;一,其发展过程刚刚越过了Viswanathan及其学生所指出的“期望膨胀顶峰”。

      锂-空气电池是除了锂离子电池外唯一越过“泡沫破裂低谷”并走向“启蒙上升期”的电池。锂-空气电池的储能?#38469;?#23436;全不同,击败锂离子电池的潜力极大。这种电池的用金属锂做负极,在正极一端直接与空气中的氧气反应。由于反应物之一是空气,理论上讲,该电池储存同样能量所需材料仅为其他电池的一半,其重量?#37096;?#20943;半。这一优点尤其为电动车行业所关注,因为小体积电池组对电动车十分有利。然而,锂-空气电池想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池、达?#20581;?#31283;定生产期?#20445;?#36824;有很长的路要走。

      Viswanathan研究的价值在于帮助我们预测不同电池?#38469;?#30340;发展阶段。虽然创新?#38469;?#22914;雨后?#26680;瘢?#22312;便携式电子设备、电动车、电网设备等方面,锂离子电池仍然是赢家。也许在数年内,我们就能见证锂-空气电池超越锂离子电池,电动车相对于汽油、柴油车的竞争力大幅提升。但是锂-空气电池?#28304;?#22312;“启蒙上升期?#20445;?#35201;达到锂离子电池的水平还有很长的路要走,更不用说与化石燃料竞争。

      作者简介:Robert Fares 是美国?#27599;?#33832;斯大学奥斯汀?#20013;?#30340;博士后,他的研究方向为新兴能源?#38469;?#30340;经济和环境影响。(本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。)

      翻译:张帅琰

      审校:杨玉洁


      原文链接:http://blogs.scientificamerican.com/plugged-in/beyond-the-hype-what-s-the-future-of-batteries/

      论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1613/2/4/045002/meta

      冷娜 本文来源:《科学美国人》中文版《环球科学》 责任编辑:冷娜_NN5073
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