近日，英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志的技術(shù)季度觀察欄目發(fā)表了一篇文章，介紹了近些年來鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展趨勢，稱鋰離子電池將會越變越大，并會逐步取代其他形式的大容量電池，將其應(yīng)用范圍擴展到了幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域。從今往后，鋰離子電池的應(yīng)用將不僅僅局限于小型電子設(shè)備了，大型工業(yè)和可再生能源上也將頻繁出現(xiàn)它的身影。
鋰離子電池大型化
幾乎所有可移動電子設(shè)備的發(fā)展都或多或少地受益于充電式鋰離子電池。鋰是最輕的金屬，這一特性使得鋰與其他金屬相比，能用相同的重量保存更多電荷，從而大大提高了手機、手提電腦、照片機等電子設(shè)備的性能，同時也讓電動汽車、甚至小型電動飛機等大型設(shè)備的研發(fā)成為現(xiàn)實。然而，鋰離子電池也存在固有的缺點：有些情況下，它充電時需要外部電子設(shè)備的監(jiān)控，否則充電過度會使電器過熱，造成損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)；它放電太快，影響電子設(shè)備的待機時間。
盡管鋰離子電池存在這樣那樣的缺點，但位于加拿大溫哥華的Corvus能源公司仍認為，鋰離子電池夠穩(wěn)定、夠耐用，現(xiàn)在已經(jīng)是時候制造更大型的鋰電池，為拖船、起重機、帆船等超大型機器提供動力。Corvus公司對大型鋰電池的興趣特別深厚。就在不久前，公司剛剛贏得了一個定單，為一家中國火電公司度身打造一個容量2200千瓦時、個頭相當于一個船運集裝箱的鋰離子電池，作為火電廠的備用電源。
大型鋰電池的制造
相較普通的消費品而言，Corvus生產(chǎn)的大型鋰電池更耐用，但他們的生產(chǎn)原理卻是大同小異。電池雖大，但它的中心部分還是由一塊塊單獨的鋰電池構(gòu)成的。與普通鋰電池一樣，應(yīng)用于大型鋰電池中的每塊小電池都有兩個電極，電極被電解質(zhì)（通常為高分子聚合物組成的膠狀物質(zhì)）隔開。當電池充電時，鋰離子將從陽極（由金屬鋰制成）通過電解質(zhì)遷移至陰極（一般為碳）。而放電時則恰巧相反，鋰離子從碳陰極游回鋰陽極，這一過程會導(dǎo)致與電池相連的外電路產(chǎn)生電流，供電器使用。
大型鋰電池與普通電池相比的最大不同之處在于它鋰陽極生產(chǎn)材料的不同。盡管鋰離子電池的陽極通常是由鋰離子磷酸鹽制成，但Corvus公司卻另辟蹊徑，使用鋰鎳錳鈷（NMC）氧化物來充當陽極，原因是后者能提供的能源密度更大，因此也更適用于大型鋰離子電池。公司老板佩利表示，NMC所能提供的電力比磷酸鹽金屬要高出22%，是一個非常不錯的選擇。
在單個鋰離子電池準備妥當之后，Corvus便將把它們組裝起來，生產(chǎn)出標準為6.2千瓦時的模塊，這些模塊能進一步組裝成儲電能力達數(shù)千千瓦時的超大型鋰離子電池。據(jù)公司介紹，大型鋰離子電池儲電量的理論極限能達到4萬千瓦時。舉一個例子便能知道這一數(shù)字有更客觀的認識：日產(chǎn)旗下的全新零排放純電動汽車聆風(fēng)（Leaf）使用的鋰電池容量也僅為24千瓦時。如此大的鋰電池足夠一輛汽車全馬力地跑上好一陣子了，而如果將它用到手提電腦上，估計永遠都不用充電。此外，每個標準模塊都會配有獨有的電子管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)其充、放電率的最優(yōu)化。這樣生產(chǎn)出來的模塊可以在30分鐘之內(nèi)實現(xiàn)完全充電，而其實最快的放電速度則僅為6分鐘。
大型鋰電池的優(yōu)越性
當然，生產(chǎn)如此性能的鋰電池造價肯定不菲。每個Corvus公司生產(chǎn)的6.2千瓦時標準NMC模塊的售價為9300美元。同規(guī)模的鋰離子磷酸鹽系統(tǒng)的價格則要低不少，僅為7500美元。但佩利表示，NMC模塊的優(yōu)越性能能夠很好地彌補差價帶來的損失。此外，NMC系統(tǒng)還能夠在惡劣的環(huán)境下使用，其滿功率的使用壽命更是長達20年。即使使用20年后，大型鋰電池功率開始慢慢減少，不宜再用于大型機械之上，NMC系統(tǒng)的余生也能夠充分發(fā)揮余熱。例如，可以把它用作風(fēng)能、太陽能等可再生能源電力的存儲器。
另外，鋰電池本身的優(yōu)勢也值得一提。很多情況下，在工業(yè)設(shè)備中使用電池驅(qū)動的電動機要比使用柴油發(fā)動機效率更高。但這并不意味著兩套系統(tǒng)必須勢不兩立，二者的結(jié)合或許會帶來更高效的系統(tǒng)。《經(jīng)濟學(xué)家》以海上常見的拖船為例，稱拖船的柴油發(fā)動機在高達60%的啟動狀態(tài)下拖船都是靜止不動，或者說根本沒有工作的。這時柴油發(fā)動機保持啟動狀態(tài)完全是為了給船上其他照明、取暖等系統(tǒng)提供動力，因此可以說拖船上柴油機60%的燃料幾乎是被白白浪費；只有10%柴油發(fā)動機的工作時間里，拖船是在全力運作，燃料得到充分利用；剩下30%的柴油機運行時間內(nèi)，燃料也有或多或少的浪費。如果將拖船的引擎系統(tǒng)中加入鋰電池系統(tǒng)，將會把它改造成“混合動力拖船”，在大大減少燃料使用量的同時，也減少了二氧化碳排放量，可謂一舉兩得。在拖船在用電高峰時，鋰電池系統(tǒng)可以助其一臂之力。而在拖船閑置時，則可以將柴油發(fā)動機完全關(guān)閉，利用電池理為其他設(shè)備供電。這一原理跟混合動力汽車一樣。只不過在超大型鋰離子電池生產(chǎn)出來之前，這樣的設(shè)想只是理論上的，但在鋰離子電池大型化趨勢越來越主流之后，“超大型混合動力設(shè)備”也必將更多地進入人們的視野。
