手機、平板電腦、各種可穿戴設(shè)備的發(fā)展如火如荼，然而，電池卻成了制約所有這些移動電子設(shè)備發(fā)展的瓶頸之一。大多數(shù)剛開始用智能手機的用戶都會對電池的續(xù)航能力感到失望——以往可以使用4-7天的手機電力，現(xiàn)在需要每天充電。
鋰離子電池是目前二次充電電池中最為主流，且被投資者和從業(yè)者都看好的方向，但從長遠發(fā)展來看，其能量密度要達到成倍的改進，其可能性并不大。從智能手機來看，人們上網(wǎng)的時間越來越長，網(wǎng)速越來越快，支撐芯片也必須越來越快;同時屏幕也越來越大，盡管有各種節(jié)能改進，但能量的消耗確卻是在不斷增加的。據(jù)中國科學院電池領(lǐng)域的國際專家張躍剛博士稱，現(xiàn)在要在智能手機上實現(xiàn)一塊充電電池使用一周，目前突破的可能性不大。
能量密度是檢驗電池品質(zhì)的核心指標之一，改善的目標是在重量越輕、體積越小的電池包中存儲越來越多的能量。以我們熟悉的廠商比亞迪的鋰電池為例，其目前按照重量和體積分別可達到的實際比能量為100-125瓦時/公斤和240-300瓦時/升，特斯拉電動汽車Model S所使用的松下筆記本電池的能量密度為170瓦時/公斤。在我們此前的報道中，美國創(chuàng)新蓄電公司(Enevate Corporation)通過對鋰離子電池負極材料的改進，可以將電池能量密度提升30%以上。
想要成倍提升電池能量密度，必須依靠下一代電池技術(shù)。張躍剛博士向我們推薦了以下三大熱門電池技術(shù)，它們大多數(shù)還處于實驗室研發(fā)階段。雖然距離商業(yè)化投產(chǎn)還有相當長一段路，但我們相信移動電子設(shè)備的飛速發(fā)展會令電池領(lǐng)域的投資增加，從而在一定程度上加速技術(shù)和商業(yè)方面的突破。
鋰硫電池
鋰硫電池是鋰電池的一種，它是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池，其理論能量密度是鋰離子電池的5倍左右，目前尚處于初期研發(fā)階段。
鋰硫電池是目前鋰電池之外被廣泛看好的新一代鋰電池，目前投入該領(lǐng)域研究的實驗室和各種早期資金，在商業(yè)化方面的前景被一致看好。
然而，鋰硫電池面對的技術(shù)挑戰(zhàn)也很大，特別是電池負極材料使用化學性質(zhì)及不穩(wěn)定的金屬鋰，這對于電池的安全是極大的考驗。此外，在穩(wěn)定性、配方、工藝等諸多方面仍然面臨很多未知的挑戰(zhàn)。
目前在英國、美國都有不止一家機構(gòu)投入鋰硫電池的研究，有些公司此前宣稱今年將推出產(chǎn)品。張躍剛博士在伯克利大學實驗室也在研究鋰硫電池，從實驗室結(jié)果來看，其成果令人滿意，電池在較為苛刻的測試環(huán)境下，循環(huán)次數(shù)達到了3,000次以上。
鋰空氣電池
鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池。由于陽極金屬鋰的質(zhì)量很輕，而與之反應的陰極反應物氧氣就存在與自然環(huán)境中，無須保存在電池里，所以其理論能量密度是鋰離子電池的近10倍。
鋰空氣電池在技術(shù)方面的挑戰(zhàn)更多，除了金屬鋰的安全保存問題外，氧化反應后形成的氧化鋰性質(zhì)過于穩(wěn)定，必須借助催化劑才能完成還原反應。此外，電池的循環(huán)次數(shù)問題始終沒有解決。
相比于鋰硫電池，鋰空氣電池處于更為早期的研究中，目前還沒有公司投資進行商業(yè)研究開發(fā)。
鎂電池
鎂電池是以以鎂為負極，某些金屬或非金屬氧化物為正極的原電池。相比于鋰電池，鎂電池具有更好的穩(wěn)定性，壽命更長。由于“鎂”是二價元素，所以雖然其質(zhì)量大于金屬鋰，但能量密度可能比鋰更具優(yōu)勢。
鎂電池與鋰空氣電池目前處于差不多的研究階段，日本豐田汽車和美國麻省理工學院旗下研究機構(gòu)都在做鎂電池的研究，但其距離商業(yè)化發(fā)展仍然具有相當長的道路。
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