鉅大LARGE | 點擊量：625次 | 2021年12月03日
因為這些儲能技術 鋰離子電池的江山要坐不穩了？
假如鋰離子電池能擬人的話，它一定在想：“朕的江山……不穩了……”。
可不是么，隔三差五就會有各種實驗室稱自己研發出了新的電池技術，一個比一個成本低、有的更加環保、有的更安全、有的壽命更長……鋰離子電池的時代將要落幕了？
今天，我們看看什么電池技術正在一步步替代鋰離子電池成為主流。
原材料無處不在的鈉離子電池
鋰離子電池什么都好，就是太貴了。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池的電極材料鋰（Li）比較稀有，開采和精煉成本很高。那么有沒有可能，在常見的材料里可以找出替代鋰元素的電極材料呢？
鹽（NaCl），聽起來不錯。畢竟地球擁有廣闊的海洋和鹽湖等鈉鹽來源，假如可以提取鈉作為電極材料，成本將大幅度下降。
鈉離子電池的概念起步于上個世紀80年代，與鋰離子電池幾乎同時起步，鈉離子電池的工作原理與鋰離子相似，充電時，Na+從正極材料中脫出，經過電解液嵌入負極材料，同時電子通過外電路轉移到負極，保持電荷平衡；放電時則相反。
一直以來，人們認為鈉離子電池雖然有成本的優勢，但能量密度不及鋰離子電池，只能在有關能量密度要求不高的領域，比如電網儲能、調峰，風力發電儲能等方面應用，然而，近日斯坦福大學的研究人員們研制的鈉離子電池突破了這一認知。
他們研制的鈉離子電池，能夠以80%不到的成本，存儲與鋰離子電池相當的能量！
這款電池采用了鈉鹽電極的設計，充上正電荷的鈉離子會游向充負電荷的磷正極——這兩種元素在自然界中的儲量都很豐富。最終，他們的鈉離子電池實現了高達484mAh/g的可逆容量、以及726Wh/kg的能量密度。新電池的能源效率據稱超過了87%，至于最重要的成本方面，研究人員聲稱可以80%不到的投入，實現與鋰離子電池相當的儲電量。
下一步，團隊將在磷陽極上投入更多精力，以便壓榨出鈉離子電池的更多性能。與鋰離子相比，團隊也希望進一步提升鈉離子電池的體積能量密度。這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然能源》（NatureEnergy）期刊上。
實際上已經有不少公司在發力鈉離子電池，比如豐田。
新聞報道稱，豐田新電池使用了鈉基化合物作為正極的鈉離子電池，電池出現的電壓高出鋰離子電池30%。這項電池技術可有效提升電動汽車的續航里程，最大可達到驚人的1000公里，而且價位更低。據悉，豐田正加快推進研究，預計2020年前后可投入實際應用。該電池一旦商業化，價格會比傳統鋰離子電池更低。
成本只有鋰離子電池1/5的液流電池
有這么一款電池，放電的時候，會吸入來自外界的空氣，而在充電的時候，它又可以排出空氣，很像人類的呼吸。
根據cnBeta.COM的報道，麻省理工學院的研究人員們，已經開發出了一款可以“呼吸空氣”、長期貯存能量的液流電池，且在同等能量密度下，其造價只有鋰離子電池的1/5。
液體可以做電池嗎？來看一下原理：這款可充電液流電池的特點，是采用了液體的“陰極電解液”’和“陽極液”作為電池的兩極，通過離子的來回運動來儲存或釋放能量。
其中，溶解在水中的硫作為陽極液，含氧液體鹽溶液為陰極電解液。硫、水、鹽材料的成本很低，有關大規模儲能的電網系統來說，成本的削減，才是讓可再生能源普及和長期運行的關鍵。
報道稱，這款電池如今只有咖啡杯那么大，假如設計應用到大規模的系統中，預計每千瓦時的儲能成本可控制在20~30美元之間（其它儲能系統的每千瓦時儲能成本可能高達100美元）。下一步研究計劃將是提升電池的效率和工作壽命。
但其實，液流電池已經不是一項新的技術了，早在上世紀60年代就已經出現。
以更多人知曉的全釩液流電池舉個例子，全球范圍內生產全釩液流電池的公司重要包括美國UniEnergyTechnologies公司、奧地利Gildemeister公司、日本住友電工公司以及我國大連融科儲能技術發展有限公司。
同鋰離子電池相比，液流電池規模可大可小，設計靈活、具有可擴展性，從下圖看出，釩液流電池可承受的功率取決于電堆大小，而電量的多少則與儲能罐的大小成正比。而鋰離子電池卻是固定的大小，規模難以擴大。
液流電池結構圖
另外，相有關鋰離子電池，液流電池的壽命較長、安全性極高，沒有起火或爆炸隱患，即使遭遇大電流也不會有什么安全問題。
然而，液流電池的密度極地，加之此類電池呈液態，因而占地面積大成為其局限性。這么一看，前文所說的咖啡杯大小的新款液流電池，是不是會成為革命性的發明呢？
使用壽命更長充電更快的鋁電池
其實鋁電池也是一直被人們看好的一項電池技術，因為其能量密度的潛力很大。但是到目前為止，鋁電池還只是被當做金屬燃料動力鋰電池使用。
比如美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy曾展示的100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。鋁電池只在鋰離子電池電量耗盡后才啟動，因此可以用很長時間，期間只需每月加注清水。通常在一年左右達到使用極限后，到服務站更換充滿電的鋁電池即可。有點像一次性電池。
為何鋁電池不做充電電池？
一方面是循環壽命差，一方面是充電速度太慢，不實用。還有一個致命缺點是電解液里面的鋁離子不穩定，很容易發生化學反應帶來危險。這些原因使得鋁電池一直未大規模投入使用。
但別灰心,《自然》雜志公布過一篇有關鋁離子電池的研究，稱“已經看到了新電池的雛形”:
這款鋁離子電池包含兩個電極，一個由鋁制成的帶負電陽極和一個帶正電石墨陰極，電解質其實就是室溫下的液態鹽，最后研究出的可充電鋁電池可以出現2伏電壓。這比任何鋁電池可以出現的電壓都要高，盡管只有典型鋰離子電池的一半。
研究人員稱，假如改進陰極材料應該可以最終新增電壓和能量密度。這樣的話，鋁電池將成為替代性的新技術：不昂貴的電極、安全、高速充電、靈活和較長壽命。
看來，從實驗室到量產仍舊是一個很長的過程。理想的電池雛形已經有了，鋁比鋰便宜的多，石墨也不貴，接下來只要鋁電池在能量密度，功率密度等指標追平鋰離子電池，替代的一天或將到來。（【無所不能文丨蕓豆】）
