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技术再难提升?谁能取代锂电池?

2014-05-23 14:10
风频浪劲
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  至少有一家公司——英国Oxis能源公司——看好锂–硫电池的前景。该公司声称,它们已经制造出可以充放电900次的大型锂–硫电池,能量密度与当前的锂离子电池不相上下。Oxis能源公司正在与美国Lotus工程公司合作,他们希望在2016年前开发出可用于电动汽车的电池,能量密度将达到400 Wh/kg。

  镁电池

  作为世界上最轻的金属,锂拥有巨大的重量优势。但一些研究者认为,下一代电池应该使用更重的元素,比如镁。每个锂离子只能携带一个电荷,而二价的镁离子能携带两个电荷,这意味着可以释放的电能提高了一倍。不过,镁也有自己的问题。锂离子能轻松通过电解液和电极,而携带两个电荷的镁离子移动速度缓慢,就像是在黏稠的糖浆中穿行。

  美国阿贡国家实验室的电池研究人员彼得·丘帕斯(Peter Chupas)正在与JCESR合作,他用高能X射线轰击各种电解液中的镁,来研究镁为什么会受到巨大的阻力。截至目前,他和同事发现,镁离子能强烈吸引周边溶液中的氧,从而吸引一大群溶剂分子,这使得镁离子变得沉重。

  美国劳伦斯伯克利国家实验室的材料科学家克里斯廷·佩尔松(Kristin Persson)正在用超级计算机模拟潜在新型电池的内部结构,她正在试图从大约2 000种电解液中,找到一种更好的电极与电解液的组合,让镁离子可以更顺畅地通过电解液。

  佩尔松和麻省理工学院的材料科学家赫布兰德·塞德(Gerbrand Ceder)成立了Pellion技术公司,来研发这种高容量镁电池。公司对其进展三缄其口,目前只发表了一篇关于电极的研究论文。2013年底公开的一大批专利表明,Pellion技术公司正在研发更开放的电极结构,帮助镁离子流动。包括丰田、LG、三星和日立在内的各大电子产品公司,都在研发类似的电池,但这些公司也都很少透露相关进展。

  氧电池

  温弗里德·维尔克(Winfried Wilcke)自称是“一个非常幸福的拥有特斯拉S电动汽车的车主”,他说,正是这辆电动汽车让他意识到电池研究是当务之急。

  一开始,维尔克关注的是高能量密度电化学存储的理论极限——锂与氧气的氧化反应。与其他类型的电池相比,这种“会呼吸的”锂–氧电池有巨大的重量优势,因为其中一种主要反应原料——氧气,不必再装载到电池中。理论上,锂–氧(Li-O)电池的能量密度可以媲美汽油发动机,比现今电动汽车电池的能量密度高10多倍。

  在驾驶着他的特斯拉S电动汽车行驶了22 000多千米之后,维尔克对这辆汽车的电池所提供的400千米的续航能力感到满意。他说,真正的问题是钱,电动汽车的电池成本在每千瓦时500美元以上,“电动汽车不被大众接受的真正原因,不是能量密度,而是价格”。所以,维尔克现在更看好一种基于钠的、更便宜的燃料电池。根据理论预测,钠–氧(Na-O)电池的能量密度是锂–氧电池的一半,不过,这已经比锂离子电池高出5倍了,而且,钠比锂更便宜。因此,维尔克满怀希望地说,钠–氧电池的成本或许可以接近每千瓦时100美元,这正是JCESR等研发机构认为消费者能够承担得起的价格。

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