谁可以取代锂电池?

时间:2014-06-17 15:11来源:cbcu 作者:日 光
点击:
当今的移动世界离不开锂离子电池,这是目前可充电电池的最佳选择。去年,消费者们购买了50亿只锂离子电池,用来给笔记本电脑、照相机、手机和电动汽车供电。美国阿贡国家实验室能源存储联合研究中心(JCESR)的负责人乔治•克拉布特里(George Crabtree)说,“这是有史以来最好的电池技术”。不过,克拉布特里的目标远不止于此。
  1991年,索尼公司推出第一款商业版锂离子电池,与之相比,如今锂离子电池的能量密度(单位质量所存储的能量)已经是原来的两倍多,而价格只有当初的1/10。不过,锂离子电池的能量密度已经接近极限。许多研究者认为,对锂离子电池的改进,最多还能将能量密度再提高30%。这意味着,锂离子电池永远不能像一油箱汽油那样,让电动汽车连续行驶800千米,也不能让“电老虎”般的智能手机续航许多天。
  2012年,JCESR从美国能源部争取到1.2亿美元的资金,用于研究超越锂离子电池的技术,而亚洲、美洲和欧洲的许多研究团队和公司都在寻找取代并超越锂离子电池的新技术。
  【锂–硫电池】
  2013年初,化学工程师埃尔顿·凯恩斯(Elton Cairns)认为,自己研制出了一种新型化学电池,只有硬币大小。到2013年7月,他的电池已在美国劳伦斯伯克利国家实验室经历了1500次充放电循环,而电池容量只损失了一半。这样的性能,基本可以媲美最好的锂离子电池了。凯恩斯的电池基于锂–硫(Li-S)技术,所使用的材料价格非常低廉,理论上的能量密度是锂离子电池的5倍多。
  锂–硫电池的主要优势之一,在于减掉了锂离子电池的“无效体重”。在一块典型的锂离子电池中,多层石墨电极占据了大量体积,而这些电极基本上只是用来吸附锂离子。这些锂离子经由电解液,流到多层金属氧化物电极。和所有电池一样,电子必须通过外部电路流动,来平衡正负电荷,从而产生了电流。要想给电池充电,则须通过外加电压来反转电子流动,这同时也会让锂离子回到石墨电极上。
  在锂–硫电池中,一块纯金属锂片代替了多层石墨电极。这块锂片既是电极,也是锂离子的来源。电池放电时,锂片变薄;电池充电时,它又恢复原状。金属氧化物电极也被更廉价、更轻的硫所取代。硫吸附锂的能力更强,每个硫原子可以结合两个锂原子,而在锂离子电池中,结合一个锂原子就需要不止一个金属原子。所有这一切使得锂–硫电池在成本和重量两方面都具有明显优势。
  一些研究者质疑,学术界的认同未必能转换成商业上的成功。在实验室,研究人员通常使用少量硫和大量电解液,这样比较易于研究,但不能制成高能量密度的电池。在PolyPlus公司(一家制造电池的公司,位于凯恩斯实验室以西5千米的地方)研究锂–硫电池超过20年的史蒂夫·维斯科(Steve Visco)说,增加硫和减少电解液会使电池更容易坏掉,要想以低廉的成本制造出能经受住一年四季温度考验的商品化电池相当困难。
  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2000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22000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。
  【液流电池】
  麻省理工学院的材料化学家唐纳德•萨多韦(Donald Sadoway)认为,未来的电池更像是一家冶炼厂。他设想了一种像集装箱一样大的箱子,每个箱子中有20个像电冰箱一样大的钢制单元,里面装着加热到500℃的熔融金属和盐。
  这样的电池永远不可能用在汽车上,也不可能在能量密度这种指标上胜过锂离子电池。但是,为电网存储能量时,或者在不必考虑便携性的应用场景下,电池的尺寸就无关紧要了。这时候,人们需要的电池,不必又小又轻,能量强劲,而是要在较低成本和较少维护下,存储和释放可多可少的电能。JCESR希望,这样的电池可以充放电7000次,大约可以使用20年。
  萨多韦正在研究另一种技术,他用两层熔融的金属(因密度不同而分成上下两层)作电极,中间则以一层熔融的盐作为电解液隔开。随着离子在其间移动,两个熔融金属层或膨胀,或收缩,从而实现电能的存储和释放。这一切都是液态的,所以,经过数千次充放电循环后,也不会像固态电极那样出现破裂。
  还有一些研究小组正在研发不那么激进的液流电池。这种电池的燃料由两种液体组成,离子在两种液体之间传递,中间隔着一层薄膜。液体燃料可以保存在电池外部的储存箱中,需要的时候再用泵抽取,因此,只需要使用更大的储存箱,就可以存储大量电能。不过,这种电池需要泵和阀门。萨多韦说,这些设备必然会面临维护问题。
  在商用液流电池中,薄膜两侧的液体燃料都使用了钒离子,但钒和薄膜都非常昂贵。全世界最大的液流电池安装在中国的一个风力发电场,据中国科学院大连化学物理研究所的张华民估计,这一电池的耗资可能高达每千瓦时1 000美元。哈佛大学的材料科学家迈克尔•阿齐兹(Michael Aziz)说,“单是钒的成本就已经高得让人难以承受了”。
  今年1月,阿齐兹的团队宣布,廉价的醌类物质(quinones,一类有机化合物)可以用于液流电池,它们可以与标准液体电极(比如溴)搭配使用。阿齐兹的电池系统已经充放电超过100次,性能依旧强劲。他希望能将这种电池的成本降低到每千瓦时100美元以下。不过,阿齐兹说,“这种电池系统现在还只是实验室通风橱里的一个玩具而已,只有大规模生产时,才能知道真正的成本有多高。”

(责任编辑:admin)
文章标签:
免责声明:本文仅代表作者个人观点,与中国电池联盟无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。
凡本网注明 “来源:XXX(非中国电池联盟)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。
QQ:503204601
邮箱:cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜欢
  • 手上不到15万,北京市场上的新能源汽车又能选谁?

    调查发现:同样想买新能源车,但是价格的上浮让人们买电动车所在意的核心因素发生了变化,数据统计可以看出: 在今年的数据里,人们买电动车的动机中,环保因素大大超过了补贴因素。 所以,有15万买车预算的用户,继续看你应得的报告吧: 第一依然是补贴后15
    2016-08-11 14:28
  • 汽车制造商和动力电池生产商 谁将是电动车市场真正的国王?

    北京时间4月24日消息,据科技博客报道,电动车是当下新能源汽车的发展趋势之一,但它离大规模普及还有相当长的时间,因为此类车辆眼下还绕不过两个坎,那就是续航里程和价格,而这两个最大槽点就来自电池。 为了让自家电动车更有吸引力,汽车厂商们都在不断
    2016-04-25 09:51
  • 谁让新能源客车疯狂?骗补五花八门让人震惊

    十年前,《疯狂的石头》改变了很多人对国产电影的看法;十个月前,疯狂的股市刷新了对中国股市的认知;而作为从业者,我很自豪地认为,中国正强档着一部疯狂的新能源车市特别是商用车车市大片。 如若不信,请看笔者引用的一些新能源客车市场的数据,虽然精确
    2016-04-21 08:37
  • 谁将会是中国版的“特斯拉”?

    4月20日,乐视将举办无破界不生态新品发布会,除了超级手机2代,乐视超级汽车LeSEE也将正式发布。刚刚,乐视CEO贾跃亭发微博表示,乐视超级汽车体验将颠覆传统汽车。 据悉,乐视超级汽车LeSEE将是世界上第一台生态出行工具,重构车、人、社会之间的关系。 之
    2016-04-20 09:45
  • 动力电池安全谁做主?做好PACK和BMS是关键

    受益于国内政策对新能源汽车和动力锂电池行业发展的大力扶持,2015年新能源汽车产销量剧增,动力电池供不应求,政策红利惠及整个产业链。业内人士预计,2016年将迎来动力电池发展元年。 动力电池长期应用趋势毋庸置疑,但安全性能是消费者选择产品的首要标准
    2016-04-19 10:46
  • 电池管理由谁来做:整车厂or电芯厂?

    在新能源汽车电池安全领域,美国UL2580安全认证是在全球范围内最严苛、最专业的认证标准之一。如果不做这样的认证,也许我们可以省1千-2千万的研发成本。上汽技术中心副主任朱军如是说。那么,为什么上汽要做这样的非强制性认证呢?朱军在现场就如今的电池安
    2016-04-13 10:49
  • 动力电池技术之争激烈 谁能实现弯道超车?

    电动汽车的发展在2016的开头就走的颇为不顺,去年电动车退补的余波未尽,今年工信部三元锂电暂停令,又将动力电池的安全性推上了风口浪尖。 一波又一波的阻碍,无非来源于锂电的两个短板,安全性和成本。即便是行业翘楚特斯拉,也时不时摊上事。从去年新闻报
    2016-04-08 11:32
  • 新能源汽车未来的产值巨大 谁将成为新一代电池?

    无数聪明的头脑和天量科研资金,仍然投入到电池研发中,尽管它的能量密度可怜。 新能源车产业看着花团锦簇,实际上像茶杯里的老鼠,看着透亮,前途不大。原因就在于电池的能量密度实在无法与传统动力相比。几乎全世界相关产业的科研力量都涉足了电池研究。突
    2016-03-24 08:42
  • 三元锂与磷酸铁锂“龙虎争斗” 谁是最后的王者?

    年前签的订货合同,有不少客户想毁约 站在略显空旷的自动化生产车间里,位于陕西的某三元锂电池生产厂家相关负责人王然(化名)想起往日车间一片繁忙景象,他欲言又止。北方的初春气温逐渐变高,一片复苏迹象,而在王然心里,今年初春的天气竟然要比去年寒冬
    2016-03-21 10:00
  • 新能源车谁笑到最后?互联网企业:不只是“爽一把”

    新能源车争夺战变成三国杀,已经是不争的事实。不管互联网企业,还是家电企业,对于新能源汽车,都有着浓厚的兴趣与决心,这是一场谁都不想输的战争。 在过去七八年里,言及新能源车,想到必定是上汽一汽东风广汽吉利比亚迪等传统车企,毋庸置疑。去年以来,
    2016-03-21 08:38
专题
相关新闻
  • 手上不到15万,北京市场上的新能源汽车又能选谁?

    调查发现:同样想买新能源车,但是价格的上浮让人们买电动车所在意的核心因素发生了变化,数据统计可以看出: 在今年的数据里,人们买电动车的动机中,环保因素大大超过了补贴因素。 所以,有15万买车预算的用户,继续看你应得的报告吧: 第一依然是补贴后15
    2016-08-11 14:28
  • 汽车制造商和动力电池生产商 谁将是电动车市场真正的国王?

    北京时间4月24日消息,据科技博客报道,电动车是当下新能源汽车的发展趋势之一,但它离大规模普及还有相当长的时间,因为此类车辆眼下还绕不过两个坎,那就是续航里程和价格,而这两个最大槽点就来自电池。 为了让自家电动车更有吸引力,汽车厂商们都在不断
    2016-04-25 09:51
  • 谁让新能源客车疯狂?骗补五花八门让人震惊

    十年前,《疯狂的石头》改变了很多人对国产电影的看法;十个月前,疯狂的股市刷新了对中国股市的认知;而作为从业者,我很自豪地认为,中国正强档着一部疯狂的新能源车市特别是商用车车市大片。 如若不信,请看笔者引用的一些新能源客车市场的数据,虽然精确
    2016-04-21 08:37
  • 谁将会是中国版的“特斯拉”?

    4月20日,乐视将举办无破界不生态新品发布会,除了超级手机2代,乐视超级汽车LeSEE也将正式发布。刚刚,乐视CEO贾跃亭发微博表示,乐视超级汽车体验将颠覆传统汽车。 据悉,乐视超级汽车LeSEE将是世界上第一台生态出行工具,重构车、人、社会之间的关系。 之
    2016-04-20 09:45
  • 动力电池安全谁做主?做好PACK和BMS是关键

    受益于国内政策对新能源汽车和动力锂电池行业发展的大力扶持,2015年新能源汽车产销量剧增,动力电池供不应求,政策红利惠及整个产业链。业内人士预计,2016年将迎来动力电池发展元年。 动力电池长期应用趋势毋庸置疑,但安全性能是消费者选择产品的首要标准
    2016-04-19 10:46
  • 电池管理由谁来做:整车厂or电芯厂?

    在新能源汽车电池安全领域,美国UL2580安全认证是在全球范围内最严苛、最专业的认证标准之一。如果不做这样的认证,也许我们可以省1千-2千万的研发成本。上汽技术中心副主任朱军如是说。那么,为什么上汽要做这样的非强制性认证呢?朱军在现场就如今的电池安
    2016-04-13 10:49
  • 动力电池技术之争激烈 谁能实现弯道超车?

    电动汽车的发展在2016的开头就走的颇为不顺,去年电动车退补的余波未尽,今年工信部三元锂电暂停令,又将动力电池的安全性推上了风口浪尖。 一波又一波的阻碍,无非来源于锂电的两个短板,安全性和成本。即便是行业翘楚特斯拉,也时不时摊上事。从去年新闻报
    2016-04-08 11:32
  • 新能源汽车未来的产值巨大 谁将成为新一代电池?

    无数聪明的头脑和天量科研资金,仍然投入到电池研发中,尽管它的能量密度可怜。 新能源车产业看着花团锦簇,实际上像茶杯里的老鼠,看着透亮,前途不大。原因就在于电池的能量密度实在无法与传统动力相比。几乎全世界相关产业的科研力量都涉足了电池研究。突
    2016-03-24 08:42
本月热点
  • 注册资本近1.15亿元!两巨头成立电池回收企业

    近日,广州优美再生技术有限公司(以下简称广州优美)正式成立,公司由优湃能源科技(广州)有限公司与格林美集团下属武汉动力电池再生技术有限公司有限公司(以下简称动力再生)携手打造。 据了解,广州优美注册资本约1.15亿人民币,经营范围含化工产品销售
    2024-04-16 10:29
  • 宁德时代、科达利、特斯拉等发力这一新赛道!

    4月22日,科达利发布公告称,公司与台湾盟立台湾盟立、台湾盟英拟共同投资深圳市科盟创新机器人科技有限公司(以下简称深圳科盟)并签署《投资合作协议书》。深圳科盟并签署《投资合作协议书》。深圳科盟注册资本拟为人民币1亿元,其中公司以现金方式投入人
    2024-04-24 10:11
  • 续航里程1000公里!宁德时代发布神行PLUS电池

    4月25日,在2024北京车展上,宁德时代举行乘用车新品发布会,发布神行PLUS电池,续航里程1000公里。同时,充电10分钟可续航600公里。
    2024-04-25 17:53
  • 天奇股份牵手长安汽车 共同打造动力电池全生命周期产业链闭环!

    天奇股份4月18日公告,拟与中国长安、长安汽车共同投资设立合资公司,并以合资公司为主体合作开展电池回收、梯次利用及再生业务。目标打造成为西南区域领先的电池回收标杆企业。 合资公司的注册资本为1.8亿元,其中公司拟出资8820万元,持有合资公司49%的股
    2024-04-19 08:42
  • 50亿元!这家公司拟在摩洛哥投建锂电池负极材料项目

    4月26日晚间, 中科电气 发布公告,宣布公司计划通过其控股子公司湖南中科星城石墨有限公司,在中国香港或其他海外地区新设全资子公司, 以间接投资方式设立摩洛哥项目公司,实施一项年产10万吨锂离子电池负极材料一体化基地项目 。 据了解, 项目计划总投资
    2024-04-29 18:25
  • 全固态电池三大技术路线,谁将最终胜出?

    近年来,凭借高密度、更安全性、寿命长等优点,被认为是“最具潜力的下一代锂电池技术”的固态电池受到市场关注,最新消息不断。
    2024-04-22 18:17
  • 锂矿龙头一季度预亏超36亿元,收深交所关注函!

    4月23日晚间,天齐锂业发布业绩预告,预计今年第一季度同比由盈转亏。 同日晚间,深交所对天齐锂业下发关注函,要求其结合主营业务开展情况、产品产销量、产品价格等,分析2024年一季度亏损较2023年四季度大幅增加的原因,并说明是否存在持续亏损风险等。 锂
    2024-04-25 09:30
  • 又有车企公布全固态电池量产时间!

    当地时间4月16日,日产汽车公开全固态电池试生产线的预定设置场所,在生产发动机等的横滨工厂建筑内确保了约1万平方米空间,为搬入设备推进施工。 日产计划2025年3月开始生产全固态电池,目标2028年度实现量产。据日产介绍,全固态电池的能量密度是传统锂离
    2024-04-18 08:43
欢迎投稿
联系人:王女士
Email:cbcu#cbcu.com.cn
发送邮件时用@替换#
电话:010-56284224
在线投稿
企业微信号
微信公众号