中國儲能網(wǎng)訊：電池是智能手機，醫(yī)療設備和物聯(lián)網(wǎng)設備里不可分割的一部分，在開發(fā)最佳電池的競賽當中，特斯拉無疑是這場競賽中的新領導者。
經(jīng)過近十年對電動汽車的大肆宣傳，雖然燃油車業(yè)務幾乎沒怎么下滑，但特斯拉已經(jīng)成功地吸引了人們對電動汽車的注意力，汽車制造商開始跟隨特斯拉加入電動汽車競賽。中國，歐洲和其他國家的政策都在刺激或要求汽車制造商生產(chǎn)更多的低排放汽車，這一舉措極大的推動了電動汽車的發(fā)展。
在全球范圍內(nèi)，汽車制造商表示將有數(shù)十種新型或改裝車型變成電動汽車，并承諾將投資900億美元用于設計新車型，調(diào)整制造工廠和開發(fā)新技術。
大量資金的涌入肯定會給電池市場帶來巨大變化。最明顯的變化就是為已經(jīng)供過于求的電池行業(yè)增加更多產(chǎn)能，而這又引發(fā)了一系列疑問，如什么樣的的電池技術實用的和下一代電池技術將會是什么以及什么時候準備就緒。
計算機設備供應商和消費電子產(chǎn)品供應商一直是鋰離子電池的主要消費者，也是最容易受到電池技術的影響。在首次推出索尼CCD-TR1攝錄一體機的26年后，先前的電池技術仍然是行業(yè)標準。
一堆專利和已發(fā)表的論文只是顯示了人們對電池做了多少的研究工作。然而，技術發(fā)展比技術業(yè)務中的其他任何東西慢得多。
總部位于洛杉磯的電池技術制造公司Romeo Power首席電池科學家AK Srouji表示，電池性能，例如能量密度，平均每年增長4%到6%，鋰電池存放需要一定的空間，而能量密度的提高可以進一步推動電動汽車的發(fā)展。
多年來，人們一直在研究鋰離子電池的替代品?？梢杂免c離子或鎂離子作為電荷載體制造電池，但其化學反應的穩(wěn)定性不高，轉換到新的電荷載體可能需要十多年的時間。在鋰離子電池中，也會發(fā)生許多化學反應。例如，陰極，復合陽極和其他組件已經(jīng)得到改進，但是所有高性能電池都使用液體電解質。一個預期的轉變是全固態(tài)電解質，它可以在其發(fā)展期內(nèi)將能量密度提高多達40%，卻依仍存在許多電化學反應和制造上的挑戰(zhàn)，而這種技術轉變可能需要長達十年的時間來發(fā)展。
具有低功耗的小型電子秤固態(tài)電池主要是針對消費者，可能在五年內(nèi)開始在市場上出現(xiàn)。關鍵的支持技術實際上是低功耗無線電芯片和無線充電技術，人們一直期待電池續(xù)航時間能夠延長，但電池供應商和手機制造廠商也在拓展其他功能，預期實現(xiàn)4瓦至5瓦的功率。
鋰電池
鋰離子電池一直占據(jù)電子市場的主導地位，能量密集，電荷也很穩(wěn)定。大多數(shù)分析師看到鋰電子電池依然是市場主流，從儲能方面來說至少還會在市場上延續(xù)三到五年。
IHS Markit分析師Olivier Nowak表示，固態(tài)電池肯定會出現(xiàn)，但不會在未來五年內(nèi)出現(xiàn)。電子消費者和制造者都希望電池壽命更長，但現(xiàn)有的鋰離子電池對于移動電子設備來說并不是一個糟糕的解決方案。當然，鋰離子電池偶爾發(fā)生火災，而電池的幾何形狀和機械設計已經(jīng)非常靈活。除了在固態(tài)電池技術出現(xiàn)意外突破外，其他方面不會發(fā)生任何重大的變化。 -
奇怪的是，在提高能量密度的速度一事上，發(fā)明鋰離子電池的物理學家John Bannister Goodenough顯得并不開心。他表示技術會一步步發(fā)展，而不是一味地追求速度。另外，他還透露自己的“超級電池”有可能會替代鋰電池。
Goodenough于1980年在牛津大學使用鋰鈷氧化物陰極完成了基本設計，但牛津大學拒絕了他專利的申請。 Goodenough以其發(fā)明于2011年獲得了自由勛章，但沒有獲得獎金。但他以94歲的高齡回歸電池研究時，他用一篇論文描述了一種固態(tài)電池，聲稱這種電池是不可燃的，具有很長的使用壽命，快速的充電速率以及10倍的能量密度提升。他所描述的這種固態(tài)電池由電解質兩側的玻璃電解質和純金屬鋰或鈉制成。
Goodenough的一位同事稱其描述的固態(tài)電池容量異常，根本不會產(chǎn)生任何電壓。而Goodenough表示，這種固態(tài)電池并未違反任何熱力學定律，經(jīng)過反復測試，已經(jīng)證明這種固態(tài)電池可以在500次的循環(huán)測試中獲得3伏電壓。
固態(tài)電池
多年來，固態(tài)電池一直是電池行業(yè)的熱門話題。物理學家Farid El Gabaly表示，固態(tài)電池穩(wěn)定，功率高，卻非常難以實現(xiàn)，必須能夠使鋰離子穿過固體壁，而不是電解液—電解質的界面。
El Gabaly最近公布了其三年研究的結果，研究電極接觸電解質的過程來尋找答案。El Gabaly和他的一位同事使用X射線光電子能譜以及電化學技術研究離子如何輕松和快速地從一個陰極穿過固體界面到另一個陰極。
該研究的重點是小型固態(tài)電池，研究人員不得不將材料分層涂在幾層分子上，一層接一層，直到電池完成放電為止。該技術最終將用于添加傳感器，無線功能器件和其他元件，所有元件均由安裝在芯片上的永久固態(tài)元件作為供電介質，與電池中的電源集成在一起。
El Gabaly表示，在此研究之前，沒有人能在電池接口處觀察到這些現(xiàn)象，并且在許多過程中離子移動得更快或更慢。在其研究中，他以極高的分辨率查看電池的接口，查看需要改進的過程。如果你了解動力學，想在五秒鐘內(nèi)完成電池放電，可以做到這一點。如果你想在一分鐘內(nèi)充好電，你就要知道離子的移動速度?？紤]到將固態(tài)電池提升到高水平的困難性，El Gabaly預計至少在未來三到五年內(nèi)其描述的固態(tài)電池不會出現(xiàn)。
前年三星Galaxy Note 7發(fā)生爆炸而迫使其召回手機。業(yè)內(nèi)人士稱，三星Galaxy Note 7發(fā)生爆炸是由兩家電池廠的規(guī)格錯誤造成的。當電池充電和放電時，電極會膨脹，但缺少曲率半徑會使正極和負極上的箔接觸，從而導致過熱。
波音公司新推出的787型飛機在2013年因幾家航空公司報告鋰離子電池會產(chǎn)生煙霧和火災后被迫退出。去年11月，美國消費者產(chǎn)品安全委員會表示，自2015年以來，已發(fā)現(xiàn)超過250起與過熱有關的爆炸事故，涉及約14,000臺設備。
這些事件的發(fā)生告訴我們電池技術的發(fā)展不管有多慢，要確保安全才是最重要的，那些電池當中存在的問題有可能會使電子設備存在安全隱患，最可怕的是我們在使用過程中認為是理所當然，并不放在心上。
AK Srouji表示，在構建高性能全功能和集成電池系統(tǒng)，大規(guī)模使用大量單個的具有穩(wěn)定性的電池來實現(xiàn)性能的時候，最重要的還是安全性。
電池技術會進一步發(fā)展，不僅僅是研究電池組件中的化學成分，還涉及電池，模塊和系統(tǒng)設計，以確保當一個電池進入熱失控，除了實現(xiàn)所需的循環(huán)使用壽命之外，熱量不會傳播到相鄰電池。無論是在快速充電的突發(fā)模式還是在穩(wěn)定的充電模式上，還要研究電子設備本身的設計以及如何利用電池中的能量。
電池越來越成為電子設備能源生態(tài)系統(tǒng)的一部分，這促使初創(chuàng)公司，大學和特斯拉等知名巨頭對電池技術的新一輪投資和研究。隨著電池技術轉移到更多的細節(jié)上來，使電池兼容各種設備還需要更多的研究，需要對電池內(nèi)部和外部的多個級別上進行更改。
