如今隨著電動(dòng)車的飛速發(fā)展，電池能源的話題被推到了風(fēng)口浪尖，各種關(guān)于新電池技術(shù)的新聞不斷被報(bào)道出來(lái)，看得我們眼花繚亂。可實(shí)際上真正能應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的卻又是寥寥無(wú)幾。電池能源方面的發(fā)展究竟是什么樣的？未來(lái)的能源技術(shù)究竟又會(huì)走向何方？今天，我們就一起來(lái)盤點(diǎn)一下各種電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：

1、鋰電池

目前為止，鋰電池仍然是電池能源當(dāng)中應(yīng)用最為普遍的，無(wú)論是手機(jī)、電腦還是電動(dòng)汽車，幾乎鋰電池已經(jīng)成為了不可缺少的重要組成部分。早期的鋰電池一般是使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液作為傳導(dǎo)物質(zhì)，通過鋰離子和二氧化錳的氧化還原反應(yīng)完成放電的過程。鋰電池最早期是應(yīng)用在心臟起搏器當(dāng)中，由于鋰電池的自放電率極低、放電電壓平緩等優(yōu)點(diǎn)，使得植入人體的起搏器能夠長(zhǎng)期運(yùn)作而不用重新充電，而被應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。又因?yàn)殇囯姵匾话阌懈哂?.0V的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源，又被用于計(jì)算器，數(shù)碼相機(jī)、手表中。但這種鋰電池由于循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，危險(xiǎn)性較大，所以一般情況下這種電池是禁止充電的，難以被廣泛推廣應(yīng)用。

直到1992年，日本的索尼公司成功研發(fā)出了以炭材料為負(fù)極、以含鋰的化合物作正極的鋰電池。由于這種鋰電池在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，而被稱為鋰離子電池。鋰離子電池真正革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌：由于石油焦炭和石墨作負(fù)極材料無(wú)毒且資源充足，鋰離子嵌入碳中又克服了鋰的高活性，解決了傳統(tǒng)鋰電池存在的安全性問題；其正極的LixCoO2在充、放電性能和壽命上均能達(dá)到較高水平，使得其使成本又大大降低。這使得人們的移動(dòng)電話、筆記本、計(jì)算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小，安全性也顯著增加，開始被更廣泛的應(yīng)用。時(shí)至今日，鋰離子電池仍然便攜電子器件的主要供電能源。

2、固態(tài)電池

固態(tài)電池本質(zhì)上仍然是鋰電池的一種，與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。由于如今的科學(xué)界普遍認(rèn)為鋰離子電池的發(fā)展已經(jīng)到達(dá)了極限，所以固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的新型電池。

常用的固態(tài)鋰電池是采用鋰、鈉等制成的玻璃化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代了以往鋰離子電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。由于固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池，它的功率密度一般較低，而能量密度較高，所以它很可能是未來(lái)電動(dòng)汽車的理想能源之一。

目前固態(tài)電池的發(fā)展多樣，且有很多的不確定性。不同的公司都在發(fā)展著不同材料的固態(tài)電池，如日本的日立造船公司，在第十屆國(guó)際二次電池展上就展示了硫化物系材料作為電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池“AS-LiB”。目前上述產(chǎn)品已經(jīng)提供樣品，計(jì)劃在2019財(cái)年開始批量生產(chǎn)并用于航天領(lǐng)域，2025年后投入車用市場(chǎng)；而同樣在此次展覽上，日本德爾公司同樣展示了正在開發(fā)中的全固態(tài)電池參考樣品，他們的的全固態(tài)電池采用了氧化物電解質(zhì)；還有日本初創(chuàng)公司NGKSparkPlug，計(jì)劃將采用陶瓷電解質(zhì)的固態(tài)電池送上月球，以便為后續(xù)的其他探月行動(dòng)提供更好的后備能源方案。除此之外還有臺(tái)灣的輝能科技、美國(guó)的24M公司等，包括國(guó)內(nèi)的很多電池能源公司也在積極的跟進(jìn)固態(tài)電池的發(fā)展，甚至有些已經(jīng)在嘗試著量產(chǎn)工作。

雖然固態(tài)電池的發(fā)展已經(jīng)被很多能源專家看好，但距離真正普遍性的應(yīng)用它還面臨著重重的困難。首當(dāng)其沖的就是成本問題：液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時(shí)，而如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)達(dá)到1.5萬(wàn)美元/千瓦時(shí)，制造足以為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人瞠舌的9000萬(wàn)美元！固態(tài)電池成本的居高不下為它在未來(lái)的廣泛應(yīng)用埋下了重重的陰影。除此之外，一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)明，到它實(shí)際的量產(chǎn)應(yīng)用也需要不短的時(shí)間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀(jì)70年代，相關(guān)的理念和實(shí)驗(yàn)認(rèn)證就在齊頭并進(jìn)地推進(jìn)，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀(jì)末了。

3、超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲(chǔ)能特性。超級(jí)電容器是通過電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來(lái)存儲(chǔ)能量的新型元器件。當(dāng)電極與電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號(hào)相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。把雙電層超級(jí)電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個(gè)非活性多孔板，電壓加載到2個(gè)板上。加在正極板上的電勢(shì)吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。雙電層電容器根據(jù)電極材料的不同，可以分為碳電極雙層超級(jí)電容器、金屬氧化物電極超級(jí)電容器和有機(jī)聚合物電極超級(jí)電容器。

與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級(jí)電容器的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）功率密度高。可達(dá)102～104W/kg，遠(yuǎn)高于蓄電池的功率密度水平。

（2）循環(huán)壽命長(zhǎng)。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬(wàn)次至100萬(wàn)次后，超級(jí)電容器的特性變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。

（3）工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級(jí)電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠(yuǎn)小于蓄電池。商業(yè)化超級(jí)電容器的工作溫度范圍可達(dá)-40℃～+80℃。

（4）免維護(hù)。超級(jí)電容器充放電效率高，對(duì)過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，在理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)的。

（5）綠色環(huán)保。超級(jí)電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長(zhǎng)，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

雖然超級(jí)電容器擁有著如此多的優(yōu)點(diǎn)，但它也有致命缺點(diǎn)，也正是因?yàn)檫@些缺點(diǎn)，使得它現(xiàn)在還無(wú)法取代鋰離子電池的存在。超級(jí)電容器充放電時(shí)間快，但是儲(chǔ)電量較少；鋰離子電池充放電時(shí)間雖然比較長(zhǎng)，但儲(chǔ)電量相對(duì)于超級(jí)電容器要多很多。因此，超級(jí)電容器目前只是廣泛應(yīng)用于輔助峰值功率、備用電源、存儲(chǔ)再生能量、替代電源等不同的應(yīng)用場(chǎng)景，在交通運(yùn)輸、工業(yè)控制、風(fēng)光發(fā)電、智能三表、電動(dòng)工具、特種等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。

4、氫能源

氫能是公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。21世紀(jì)，我國(guó)和美國(guó)、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃。氫能是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然氣可以直接開采。現(xiàn)在的氫幾乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程廢氫，每年大約可以回收到大約1億立方米，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)可觀。

氫燃料電池是使用氫制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。與鋰電池相比，氫燃料電池具有無(wú)污染、無(wú)噪音、高效率等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它的“儲(chǔ)能量”比鋰電池更強(qiáng)：鋰電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)；而氫燃料電池嚴(yán)格地說(shuō)是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。

但目前由于氫燃料電池的制造成本較高、氫原料儲(chǔ)存困難、安全性較差等問題，它的應(yīng)用范圍還僅限制在航天、飛行及少部分的汽車領(lǐng)域。目前氫燃料電池的成本相當(dāng)于是普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場(chǎng)所難以承受的。

科技始終在不停的進(jìn)步，相信在不久的未來(lái)，電池領(lǐng)域也將給我們帶來(lái)更多的驚喜。只要我們不停止探索的腳步，認(rèn)清現(xiàn)實(shí)并努力超越現(xiàn)實(shí)，光明就一定在不遠(yuǎn)處等著我們。