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沖破電池技術瓶頸或將獨享千億盛宴
發布時間： 2021-08-12
不論是口袋中的手機還是道路上的汽車，幾乎所有包含電路的產品都離不開電池。盡管在過去數十年中許多技術都取得了分明進步，但電池技術卻并不蘊含在內。
有限的電池技術水平使交通、能源和基礎建設等項目遇上了瓶頸。我們對能源的需求與日俱增，但我們輸送和存儲能源的能力卻極為有限。智能手機的續航時間惟有一天，和燃燒汽油及柴油的交通工具相比，電動交通工具的續航時間也短得可憐。此外，想要通過太陽面板轉化并儲存能源其實并不容易。
我們要在能源的儲存范疇取得沖破，包括汽油巨頭在內的許多公司都在研究相關的技術。成功者所能獲取的市場空間非常誘人，但電池化學的固有瓶頸卻為沖破過程帶來了極大困擾。
最大的問題在于電池密度的局限性：在體積和重量一定的介質中，我們最多可以存儲多少能量?最早出現于1991年，這種電池被廣泛使用在手機、汽車以及其他可充電設備上。這種電池每千克可以存儲150至250瓦時的電量。為了讓這個數據顯得更直觀，一臺冰箱每天要消耗的電量約莫為1,600瓦時，每千克汽油所儲存的能量值高達13,000瓦時。即便是質量最佳的鋰離子電池，其所能儲存的能量值也僅為同單位重量汽油的50分之一。
也有使用其他金屬或者元素的電池種類，例如硫磺和硅等。一直以來，研究人員都在苦苦尋覓可以在保證安全的情況下沖破能源密度的辦法。
你在一個容器內所存儲的能源量越大，這個容器的危險系數也就越高。倫敦帝國理工學院戴森工程設計學院的billyWu表示，安全至關緊要，而熱量管理則是關鍵的一環。當溫度達到80攝氏度的時候，容器的部件會開始分析，爆炸也有可能發生。
制造商會竭力戒備爆炸的發生。據行業研究公司FreedoniaGroup猜測，在2019年電池產業的市值達到1,200億美元。繼真空吸塵器公司Dyson最近和特斯拉聯手后，三星、松下以及IbM等公司也開始大力開展電池研究。
據稱，特斯拉電動汽車的單次續航距離可達200至300英里，這家公司最近還進軍了家用電池范疇。特斯拉選擇和松下公司合作，并在所謂的超級電池廠項目中投入了50億美元。想要讓電動汽車變得更加普及，大規模的電池加工必不可少。目前在特斯拉電動汽車中，電池所占的成本約為20%。
許多人認為特斯拉汽車的單次續航距離應當提升至500英里，或者說應當和汽油或柴油汽車的均勻續航距離相接近。自2009年以來，IbM公司的battery500項目一直在研究鋰空氣電池，這種電池有望取得和汽油相似的能源密度。但目前這種電池距離商用還為時尚早。
許多人會談論金屬空氣系統。盡管這種技術終將到來，但距離商業化使用至少還有20年之久。Wu表示。
Dyson在電池技術上投資了10億英鎊的資金，在這筆資金的幫助下，研究終于取得了沖破性發展。在去年十月份，這家英國公司收購了由密歇根大學校友創立的Sakti3公司，后者的業務以固態電池的開發為主。據悉，Sakti3所研發的固態電池其能源密度為鋰離子電池的2倍。他們為電池填充的是固態聚合物而不是電解質，這種電池的充電速度也會更快。
除了消費級別的使用外，許多研究所針對的是能源供給范疇。以太陽能和風能為首的可再生能源存在一個問題，這類能源通常是間歇性的，有時甚至會出現過量的能源。我們只能將過量的能源丟棄，以免電網出現負荷過重的情況。Wu說道。
將過量的能源儲存到電池能可以讓能源的輸送變得更加平均。但和家庭儲能所遇到的問題相同，面向發電廠的存儲方式也受制于同樣的局限，商業化電池加工商只能盡可能讓鋰離子電池發揮最大的功效。電池技術的沖破之日終未來臨，只是目前我們還要耐心等待。