鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1179次 | 2018年11月25日
電池的未來(lái)是什么
巴菲特意識(shí)到了在工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中離不開(kāi)電池技術(shù)的更新升級(jí),他在去年收購(gòu)了著名電池公司DuraCell。電池技術(shù)在近十幾年得到飛快的發(fā)展。
電池技術(shù)的突破極大促進(jìn)了手機(jī),電動(dòng)車,特種領(lǐng)域的發(fā)展。但是電池技術(shù)在突破鎳氫電池,發(fā)展到鋰離子電池后技術(shù)一直沒(méi)有多大的突破。
幾年以前提出的石墨烯電池曾給各個(gè)行業(yè)帶來(lái)極大的興奮,但是石墨烯電池要能夠成功應(yīng)用在工業(yè)上要突破很多的技術(shù)環(huán)節(jié),電池開(kāi)發(fā)人員和很多科學(xué)家都認(rèn)為這個(gè)路程還很遙遠(yuǎn)。
特斯拉公司投資50億美元在加州建設(shè)Gigafactory生產(chǎn)鋰離子電池,這個(gè)投資數(shù)量是很難超越的,其投資缺口也是很難補(bǔ)平的。
美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的材料學(xué)教授戈?duì)柕?西德對(duì)新型電池進(jìn)行研究,他認(rèn)為要建立一個(gè)小型的生產(chǎn)線,并對(duì)所有細(xì)節(jié)進(jìn)行研究制造出需要的電池產(chǎn)品這一過(guò)程大概需要5億美元的前期投資。
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%
世界三大電池制造商三星、LG以及松下公司都以及調(diào)整了其投資策略,相較于對(duì)一種新型的化學(xué)物質(zhì)以及自由基電池技術(shù)的投資而言,三大電池制造商,更傾向于對(duì)其原有產(chǎn)品進(jìn)行改善方面的投資。
毫無(wú)疑問(wèn)目前的鋰離子電池是當(dāng)前綠色革命的推動(dòng)劑,但是要在很多方面取得突破性的工作才能有更多的發(fā)展。
研究是材料學(xué)中的硬科學(xué),需要最起碼對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué),晶體學(xué),電化學(xué),物理表征分析如XRD,XPS,磁性都要有所了解或精通若干。
需要有從最基本的化學(xué)合成到最終電池器件的組裝之動(dòng)手能力。這些要求一個(gè)人幾乎不可能達(dá)到,需要團(tuán)隊(duì)的努力和合作。
未來(lái)電池技術(shù)將廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車,也可以開(kāi)發(fā)出居民用的經(jīng)濟(jì)有效的網(wǎng)格狀儲(chǔ)能電池,也可以通過(guò)電池儲(chǔ)能技術(shù)的提高擴(kuò)大更多的可再生能源來(lái)源。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
但是電池開(kāi)發(fā)及商業(yè)化利用的道路還很漫長(zhǎng),這個(gè)路上有很多不可預(yù)知的障礙。
電池的短期發(fā)展目標(biāo):鋰離子電池的陽(yáng)極和陰極及電池內(nèi)部固態(tài)化
電池技術(shù)像很多其它技術(shù)一樣都要經(jīng)歷“技術(shù)成熟度”,這就是從科技突破到廣泛應(yīng)用的過(guò)程。
科學(xué)家們對(duì)電池技術(shù)的短期目標(biāo)是持續(xù)提升穩(wěn)定的鋰離子電池的商業(yè)用途,特別是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域,只有鋰離子的儲(chǔ)能成本大幅低于燃油或者燃?xì)獬杀荆拍軐⑷祟悘囊揽科统鲂械臓顟B(tài)中解放出來(lái)。
專家估計(jì)鋰離子電池的性能將會(huì)繼續(xù)得到提高,儲(chǔ)能容量每年將增長(zhǎng)6-7%,而且這個(gè)增長(zhǎng)幅度將持續(xù)幾年時(shí)間。
特斯拉在這方面已經(jīng)取得和很大的進(jìn)展,特斯拉設(shè)計(jì)的新型電池更寬,更長(zhǎng),這家就能裝備更多的電池原料,新的電池冷卻系統(tǒng)也越來(lái)越成熟,使整個(gè)電池組更安全,更有效。
科學(xué)家對(duì)于電池陽(yáng)極和陰極的應(yīng)用材料也更多樣化。
最近在鋰離子電池方面的進(jìn)展就是科學(xué)家們開(kāi)始使用相當(dāng)?shù)拟?,鋁,錳和鎳在陰極,據(jù)推算,到2020年大約有75%的電池有望利用鈷來(lái)擴(kuò)大儲(chǔ)能。
下一代的陰極有可能是一種富含鋰的層狀結(jié)構(gòu)。還有其它兩種結(jié)構(gòu),一種結(jié)構(gòu)是尖晶石機(jī)構(gòu)(SpinelStructure),另外一種是橄欖石結(jié)構(gòu)(OlivineStructrue)。
在電池陽(yáng)極材料方面會(huì)取得更大的突破,一是使用石墨,另外一種是使用硅。理論上說(shuō),硅陽(yáng)極電池要比石墨陽(yáng)極的好,但不穩(wěn)定,電池會(huì)破裂。
為了突破這些技術(shù)環(huán)節(jié),科學(xué)家正在探索幾種可能方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,例如在硅材料外部裝上一層石墨烯罩來(lái)防止硅材料受熱膨脹后破裂。
另外一種方法是利用納米線來(lái)更好地控制硅材料的體積變化。
找到將硅材料集成到電池陽(yáng)極部分中的方法是電池制造商們短期之內(nèi)需要突破的技術(shù)環(huán)節(jié)。
現(xiàn)在,特斯拉公司的電池可以將少量的硅材料集成在石墨陽(yáng)極中,就是這一小突破也大大地提高了電池的容量。
追求電池內(nèi)部固態(tài)化的突破將使未來(lái)的電池的儲(chǔ)能密度更高。據(jù)估計(jì),這一方面的突破可以在2020年實(shí)現(xiàn)。
但是這也有一個(gè)問(wèn)題,就是離子在固態(tài)電解液之中運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)放慢,這需要科學(xué)家們找到新的方法解決這一問(wèn)題。
電池的長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)
科學(xué)家們嘗試在電池陰極采用鋰空氣,如果鋰空氣能成功的話,儲(chǔ)能密度將超過(guò)鋰離子的10倍儲(chǔ)能效率。
科學(xué)家們同時(shí)還在試用鋁空氣和鈉空氣在電池陰極中。但是這些嘗試會(huì)遇到以下一些問(wèn)題:空氣不夠純,需要空氣過(guò)濾裝置,鋰和氧氣會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化物膜,會(huì)影響電池儲(chǔ)能容量。
如果這些問(wèn)題能解決的話,未來(lái)的電池會(huì)更輕,更便宜,而且比鋰離子電池功效還強(qiáng)大。
科學(xué)家們也在探索全新的下一代電池-釩離子電池。
釩離子電池將會(huì)抗氧化,可以使儲(chǔ)能更多,而且通過(guò)增加電解液儲(chǔ)藏容積很輕松地?cái)U(kuò)大電池容量,但是這種電池能源轉(zhuǎn)換比例不穩(wěn)定,而且會(huì)非常重,只能應(yīng)用于靜態(tài)工作場(chǎng)地。
無(wú)論是移動(dòng)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車乃至大規(guī)模儲(chǔ)能,大家對(duì)未來(lái)電池的要求都差不多——能量密度高,性能穩(wěn)定,安全可靠,壽命長(zhǎng),充電速度快,而且要便宜,環(huán)保。
某種新材料或能滿足其中若干項(xiàng),但滿足所有要求確實(shí)難度極高。
硅谷的科技創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)以不同的規(guī)模在探索電池儲(chǔ)能技術(shù)的突破,如果能在這方面取得進(jìn)展,并關(guān)注電池產(chǎn)業(yè)的原材料鈷及銅產(chǎn)業(yè),這無(wú)疑是個(gè)投資好方向。
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