鋰空氣電池在未來可能會打敗鋰離子電池

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的技能上升曲線顯示，要與鋰離子電池競爭，要掌握多少新技能。

每隔幾周，我們就會看到有關(guān)電池技術(shù)圣杯的最新消息，這種技術(shù)將使我們能夠在幾分鐘內(nèi)為智能手機(jī)充電，駕駛電動汽車行駛數(shù)百英里，并開發(fā)出存儲可再生能源的廉價、可靠的方法。

但這些改變游戲規(guī)則的電池似乎并沒有在頭條之外的地方留下自己的印記。這是怎么回事?

卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的助理教授VenkatViswanathan也提出了同樣的問題。在最近發(fā)表的一篇論文中，他和他的同事提出了一個炒作周期，量化電池化學(xué)研究的進(jìn)展。

研究人員統(tǒng)計了新發(fā)表的有關(guān)特定電池化學(xué)機(jī)制的技能論文，以確定該技能在技能上升曲線中的位置:畢竟是從起點(diǎn)和希望的頂峰到穩(wěn)定的生產(chǎn)周期。畢竟，鋰離子電池就在那里。

這個圖表顯示了一些不同類型的電池技能。錳離子電池、鈉離子電池和鋰硫電池的工作原理都與鋰離子電池相似，但在能量密度(選擇電池的大小或重量)和成本方面，它們有可能擊敗鋰離子電池。例如，由于價格低廉，硫鋰離子電池有可能比現(xiàn)在的鋰離子電池便宜得多。但今天的鋰硫電池不穩(wěn)定，容易大幅降低能源效率和自放電。此外，當(dāng)離子通過電池時，鋰硫電池的電極可能會膨脹80%，因此很難找到保持電池形狀的材料。但是鋰硫電池，一種最有前途的技術(shù)，已經(jīng)被發(fā)展得超出了維斯瓦納坦和他的學(xué)生所稱的希望的頂峰。

除了鋰離子電池外，鋰空氣電池是唯一一種跳過泡沫破裂低谷，走向啟蒙式復(fù)蘇的電池。鋰空氣電池?fù)碛型耆煌膬δ芗夹g(shù)，有很大的潛力打敗鋰離子電池。電池使用金屬鋰作為負(fù)極，并直接與空氣中的氧氣在正極發(fā)生反應(yīng)。由于其中一種反應(yīng)物是空氣，理論上，電池只需一半的材料就可以儲存與其他電池相同的能量，而且它的組件可以減半。這一優(yōu)點(diǎn)對電動汽車特別有意義，因為它具有小電池組的優(yōu)點(diǎn)。但是鋰空氣電池在成本和壽命上要與傳統(tǒng)鋰離子電池相匹敵還有很長的路要走。

維斯瓦納坦研究的價值在于幫助我們預(yù)測不同電池技能的發(fā)展階段。盡管創(chuàng)新技術(shù)層出不窮，鋰離子電池仍然是便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車和電網(wǎng)設(shè)備的贏家。也許在幾年內(nèi)，我們將看到鋰空氣電池超過鋰離子電池，電動汽車將比汽油和柴油汽車更具競爭力。但鋰空氣電池仍在上升中，要達(dá)到鋰離子水平還有很長的路要走，更不用說與化石燃料競爭了。

作者簡介:RobertFares是德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的博士后研究員，重要研究新能源技術(shù)對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響。