能量突破可能還需要10年？談?wù)勪囯姵丶夹g(shù)當下的挑戰(zhàn)與方向
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-18 09:46
點擊量：次
雖然突破可能還有十年之久，但金屬鋰電池可以為電動汽車和電網(wǎng)帶來巨大的飛躍。
一次巨大的電池突破可能會讓電動汽車一次充電駕駛更長的時間，更安全的行駛。為電網(wǎng)提供更好的電池可以儲存更多的能源，從而可以部署更多的風能和太陽能。
能源部ARPA-E項目主管Paul Albertus表示：“這類概念在世界范圍內(nèi)正在進行競爭。”該項目的重點是早期階段，可能對能源產(chǎn)生重大影響的能源研究。
上個月，Albertus和他的ARPA-E同事Sue Babinec在“自然能源”雜志上發(fā)表了一篇文章，對金屬鋰電池的研究狀況和未來的挑戰(zhàn)進行了研究。
金屬鋰電池正如其名稱所使用的，金屬鋰用于電池的負極部分，在充電和放電時使離子來回穿過電解質(zhì)的負電極和正電極。
石墨通常用于當今鋰離子電池的負極。但通過用金屬鋰取代石墨，電池可以儲存更多的能量。
根據(jù)Nature的文章，金屬鋰電極可以使鋰電池的能量提高35％，能量密度提高50％。這可能會讓一個電池可以提供350或400瓦時每千克或1000瓦時每升的電能。
目前的鋰離子電池組的能量為每千克約150瓦時，能量密度接近每升250瓦時。
美國能源部的目標是為電動汽車電池組尋找能量儲存選項，每千瓦235瓦時，每升500瓦時。
近年來，ARPA-E項目啟動了一項名為IONICS的儲能計劃，為金屬鋰電極等領(lǐng)域的早期研究提供資金幫助。利用ARPA-E資助工作的鋰金屬電極包括24m，離子材料實體，PolyPlus電池公司與愛荷華州立大學(xué)。
Albertus和Babinec寫道，金屬鋰電極結(jié)合使用固體材料（而不是液體）制造電池電解質(zhì)的研究有朝一日會成為鋰離子電池的下一代產(chǎn)品。固體電解質(zhì)會使電池不易燃，使用更安全。
然而，實際上電池的技術(shù)突破并不容易。自20世紀60年代以來，全球的科學(xué)家們一直在研究金屬鋰電極，大型電池企業(yè)，政府實驗室和創(chuàng)業(yè)公司的同類研究一直在進行。
雷諾 - 日產(chǎn) - 三菱聯(lián)盟上周宣布對Ionic Materials進行戰(zhàn)略投資，希望開發(fā)下一代電動汽車電池。固態(tài)電池是電動汽車的圣杯，因為它具有高能量密度和更好的散熱性能。豐田，菲斯克等公司也在尋求開發(fā)固態(tài)電池的潛力。
有一些小型的金屬鋰電池在醫(yī)療行業(yè)等小眾應(yīng)用中使用，但是還沒有人能夠?qū)㈦姵胤糯蟮娇梢詾槠嚬╇娀驗樘柲馨l(fā)電場保存能量的地步， 。
在Nature文章中，作者強調(diào)了電池研究人員在進行這些類型的項目時應(yīng)該關(guān)注的重點。他們還指出了避免錯誤的方法，并消除所謂的“枝晶”，或可能在電池內(nèi)部生長并導(dǎo)致問題的晶須狀鋰。
特別是Albertus和Babinec發(fā)現(xiàn)，使用合適的低成本部件，金屬鋰電極電池可以達到每千瓦時100美元的成本。保持低成本（低于鋰離子電池的成本）將是新電池成功上市的關(guān)鍵。
Albertus說，與一些被廣泛采用的電池技術(shù)不同，比如將硅用于鋰離子電池的陽極，金屬鋰電池可能還需要十年的時間。
“雖然能將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度做到180Wh/kg以上，但多數(shù)還處于小試或者中試階段，未大批量上市，還需要進一步驗證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。”羅煥塔指出。
墨柯強調(diào)，磷酸鐵鋰極致追逐能量密度或引發(fā)安全問題。一般來說，單體電芯單位空間聚集的能量越多，瞬間爆發(fā)出來的危害性越大，安全性越低。由于磷酸鐵鋰電池能量密度普遍低于三元電池，安全性相對高一些。
“與三元電池通過提高單體電芯提升能量密度不同，磷酸鐵鋰電池提高能量密度的方式主要是提高電池整體成組效率。”墨柯強調(diào)，這里面潛藏危險。電池成組效率越高，意味著其中安全部件減少。一般來說，磷酸鐵鋰電池成組效率80％屬于正常水平，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)做到90％以上。
另一個爭議的焦點是補貼政策退出后，磷酸鐵鋰會否因為價格優(yōu)勢實現(xiàn)逆襲？
國軒高科接受機構(gòu)調(diào)研時表示，隨著補貼退坡，磷酸鐵鋰的低成本、長壽命、高安全性等優(yōu)勢在乘用車領(lǐng)域?qū)⒅饾u突顯。
今年8月26日，比亞迪董事長王傳福接受中國證券報記者關(guān)于“怎么看待磷酸鐵鋰電池和三元電池的技術(shù)路線之爭”的提問時表示，兩種電池都很重要，未來將根據(jù)不同的情況進行應(yīng)用。
