關(guān)于鋰電池和燃料電池的研究與發(fā)展歷程
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-10 11:35
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其實(shí)在十九世紀(jì)末期，汽車最早就是從電池車發(fā)展起來(lái)的，鉛酸電池車的產(chǎn)量在二十世紀(jì)初期達(dá)到了頂峰。但是，隨著1908年福特創(chuàng)新性地采用流水線批量生產(chǎn)T型車(大幅降低成本)，以及1912年汽油車電打火啟動(dòng)的出現(xiàn)(使用更加便捷)，則對(duì)鉛酸電池車造成了致命打擊，電動(dòng)車從此退出了歷史舞臺(tái)。直到上世紀(jì)末由于高能化學(xué)電源(二次電池和燃料電池)的技術(shù)進(jìn)步，電動(dòng)汽車才再度引起重視。
國(guó)際上第一輪燃料電池的研究熱潮發(fā)生在上世紀(jì)七十年代，由于美國(guó)航天事業(yè)的需求而帶動(dòng)了堿性燃料電池(AFC)的實(shí)用化，后來(lái)GM還制造出了全球首輛AFC燃料電池汽車。由于AFC必須使用純氧而不能直接利用空氣，使得AFC無(wú)法應(yīng)用于民用領(lǐng)域，但是AFC很多技術(shù)后來(lái)被移植到了PEMFC上。
上世紀(jì)七十年代由于阿以戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致了兩次國(guó)際石油危機(jī)，不僅對(duì)全球政治、經(jīng)濟(jì)格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而且也促使西方國(guó)家深刻地認(rèn)識(shí)到尋找新型能源的重要性，從而對(duì)新型高能化學(xué)電源的研究產(chǎn)生了前所未有的巨大推動(dòng)。
正是這一時(shí)期，人們?cè)谟袡C(jī)電解質(zhì)、固體電極材料、質(zhì)子交換膜、電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究方面取得了很大的進(jìn)展，鈉硫電池和鋰離子電池正是在這個(gè)時(shí)期構(gòu)建了基本原理。
得益于上世紀(jì)八十年代在過(guò)渡金屬氧化物、石墨嵌鋰化合物以及有機(jī)電解質(zhì)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，日本SONY公司在1991年首次將鋰離子電池成功地商業(yè)化。
最初的鋰離子電池由于采用熱解聚糠醛硬碳負(fù)極材料能量密度并不高，自從日本大阪煤氣公司在1994年產(chǎn)業(yè)化MCMB之后，鋰離子電池的性能獲得了較大的提升得以迅速占領(lǐng)手機(jī)電池市場(chǎng)而飛速發(fā)展起來(lái)，上世紀(jì)末在全球范圍內(nèi)掀起了第一波鋰電產(chǎn)業(yè)化浪潮。
與此對(duì)應(yīng)的是從1995年到2002年國(guó)際上第一輪鋰電基礎(chǔ)研究熱潮。鋰離子動(dòng)力電池的研發(fā)也在本世紀(jì)初開(kāi)始嶄露頭角(以法國(guó)SAFT為代表)，不過(guò)當(dāng)時(shí)并沒(méi)有在全球范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注。
美國(guó)克林頓政府在1996年拉開(kāi)了“氫經(jīng)濟(jì)”(氫能和燃料電池)的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化的序幕，歐盟緊跟其后。在小布什總統(tǒng)當(dāng)政的8年時(shí)間里，“氫經(jīng)濟(jì)”的研究在西方發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)達(dá)到了巔峰狀態(tài)，而與此對(duì)應(yīng)的正是鋰離子電池的基礎(chǔ)研究從2002年開(kāi)始到2007年的這6年里陷入了低谷，當(dāng)然鋰電的產(chǎn)業(yè)化還是在快速發(fā)展的。
第二輪燃料電池研究/產(chǎn)業(yè)化浪潮在2007年以后逐漸降溫，具體情況筆者在后面章節(jié)將會(huì)詳細(xì)討論。自從2008年奧巴馬當(dāng)選美國(guó)總統(tǒng)以后，美國(guó)政府在電動(dòng)汽車的戰(zhàn)略方向就從氫能和燃料電池轉(zhuǎn)向了鋰離子電池，也就是當(dāng)前國(guó)際上的第二輪鋰電研究和產(chǎn)業(yè)化熱潮。
這個(gè)轉(zhuǎn)變并非DOE心甘情愿，其背后的主要原因是氫氣的工業(yè)化生產(chǎn)和存儲(chǔ)以及燃料電池在技術(shù)、成本、壽命等方面還存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，這些難題嚴(yán)重阻礙了燃料電池電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
日本的新能源研究和產(chǎn)業(yè)化政策主要由新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)負(fù)責(zé)制訂，與歐美在鋰電和燃料電池兩個(gè)領(lǐng)域 “過(guò)山車”不大一樣的是，日本過(guò)去數(shù)十年里在這兩個(gè)領(lǐng)域支持力度相差并不大，這主要是因?yàn)槿毡驹谶@兩個(gè)領(lǐng)域都處在全球產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)先地位，而歐美的鋰電產(chǎn)業(yè)一直都沒(méi)發(fā)展起來(lái)。
如果我們仔細(xì)研讀DOE近幾年在鋰電方面的年度報(bào)告(BATT和ABR項(xiàng)目)、歐盟ALISTORE項(xiàng)目以及日本NEDO鋰電相關(guān)項(xiàng)目就可以看到，與上世紀(jì)末成果豐碩的第一輪鋰電研究熱潮相比，這一輪的鋰電基礎(chǔ)研究基本上沒(méi)有取得任何突破性進(jìn)展，反倒是具有明顯的學(xué)術(shù)“泡沫化”特征(表現(xiàn)在“納米鋰電”和磷酸鐵鋰兩個(gè)方面)，DOE下一階段在高能電化學(xué)電源領(lǐng)域改變資助方向?qū)⑹沁t早的事情。
