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突破电池技术瓶颈或将独享千亿盛宴

2016-05-24 08:59
魏丁小陆
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  不论是口袋中的手机还是道路上的汽车,几乎所有蕴含电路的产品都离不开电池。尽管在过去数十年中许多技术都取得了明显进步,但电池技术却并不包含在内。

  有限的电池技术水平使交通、能源和基础建设等项目遇上了瓶颈。我们对能源的需求与日俱增,但我们输送和存储能源的能力却极为有限。智能手机的续航时间只有一天,和燃烧汽油及柴油的交通工具相比,电动交通工具的续航时间也短得可怜。此外,想要通过太阳面板转化并储存能源其实并不容易。

  我们需要在能源的储存领域取得突破,包括汽油巨头在内的许多公司都在研究相关的技术。成功者所能获取的市场空间非常诱人,但电池化学的固有瓶颈却为突破过程带来了极大困扰。

  最大的问题在于电池密度的局限性:在体积和重量一定的介质中,我们最多可以存储多少能量?锂电池最早出现于1991年,这种电池被广泛使用在手机、汽车以及其他可充电设备上。这种电池每千克可以存储150至250瓦时的电量。为了让这个数据显得更直观,一台冰箱每天需要消耗的电量大约为1,600瓦时,每千克汽油所储存的能量值高达13,000瓦时。即便是质量最佳的锂电池,其所能储存的能量值也仅为同单位重量汽油的50分之一。

  也有使用其他金属或者元素的电池种类,例如硫磺和硅等。一直以来,研究人员都在苦苦寻觅可以在保证安全的情况下突破能源密度的方法。

  “你在一个容器内所存储的能源量越大,这个容器的危险系数也就越高。”伦敦帝国理工学院戴森工程设计学院的Billy Wu表示,“安全至关重要,而热量管理则是关键的一环。当温度达到80摄氏度的时候,容器的部件会开始分解,爆炸也有可能发生。”

  制造商会竭力避免爆炸的发生。据行业研究公司Freedonia Group推测,在2019年电池产业的市值达到1,200亿美元。继真空吸尘器公司Dyson最近和特斯拉联手后,三星、松下以及IBM等公司也开始大力开展电池研究。

  据称,特斯拉电动汽车的单次续航距离可达200至300英里,这家公司最近还进军了家用电池领域。特斯拉选择和松下公司合作,并在所谓的“超级电池工厂”项目中投入了50亿美元。想要让电动汽车变得更加普及,大规模的电池生产必不可少。目前在特斯拉电动汽车中,电池所占的成本约为20%。

  许多人认为特斯拉汽车的单次续航距离应该提升至500英里,或者说应该和汽油或柴油汽车的平均续航距离相接近。自2009年以来,IBM公司的“Battery500”项目一直在研究锂空气电池,这种电池有望取得和汽油相近的能源密度。但目前这种电池距离商用还为时尚早。

  “许多人会谈论金属空气系统。尽管这种技术终将到来,但距离商业化应用至少还有20年之久。”Wu表示。

  Dyson在电池技术上投资了10亿英镑的资金,在这笔资金的帮助下,研究终于取得了突破性发展。在去年10月份,这家英国公司收购了由密歇根大学校友创立的Sak ti3公司,后者的业务以固态电池的开发为主。据悉,Sakt i3所研发的固态电池其能源密度为锂电池的2倍。他们为电池填充的是固态聚合物而不是电解质,这种电池的充电速度也会更快。

  除了消费级别的应用外,许多研究所针对的是能源供给领域。“以太阳能和风能为首的可再生能源存在一个问题,这类能源通常是间歇性的,有时甚至会产生过量的能源。我们只能将过量的能源丢弃,以免电网出现负荷过重的情况。”Wu说道。

  将过量的能源储存到电池能可以让能源的输送变得更加均匀。但和家庭储能所遇到的问题一样,面向发电厂的存储方式也受制于同样的局限,商业化电池生产商只能尽可能让锂电池发挥最大的功效。电池技术的突破之日终将来临,只是目前我们还需要耐心等待。

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