近日，英國《經濟學家》雜志的技術季度觀察欄目發(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，將其應用范圍擴展到了幾乎所有工業(yè)領域。從今往后，鋰離子電池的應用將不僅僅局限于小型電子設備了，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、照片機等電子設備的性能，同時也讓電動汽車、甚至小型電動飛機等大型設備的研發(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；它放電太快，影響電子設備的待機時間。
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生產的大型鋰電池更耐用，但他們的生產原理卻是大同小異。電池雖大，但它的中心部分還是由一塊塊單獨的鋰電池構成的。與普通鋰電池一樣，應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（通常為高分子聚合物組成的膠狀物質）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，這一過程會導致與電池相連的外電路產生電流，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：日產旗下的全新零排放純電動汽車聆風（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。這樣生產出來的模塊可以在30分鐘之內實現(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，生產如此性能的鋰電池造價肯定不菲。每個Corvus公司生產的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)設備中使用電池驅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，二者的結合或許會帶來更高效的系統(tǒng)?！督洕鷮W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，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)動機完全關閉，利用電池理為其他設備供電。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出來之前，這樣的設想只是理論上的，但在鋰離子電池大型化趨勢越來越主流之后，“超大型混合動力設備”也必將更多地進入人們的視野。
