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獲諾貝爾獎后 下一次電池革命還有多遠?

鉅大LARGE  |  點擊量:821次  |  2019年10月28日  

摘要:電池技術不僅僅影響著工業(yè)的發(fā)展,更是對世界能源結構也產生著一定的影響。想要徹底擺脫化石能源電力,發(fā)展可再生電力,必不可少的就是儲能裝置,在用電波谷將電力儲存起來。


(來源:微信公眾號“車早茶” ID:chezaocha 作者:李潤澤)


在當?shù)貢r間10月9日晚,瑞典皇家科學院宣布將2019年的諾貝爾化學獎頒發(fā)給三位科學(化學家)家,他們分別是美國的科學家John B Goodenough、英國的化學家M Stanley Whittingham和日本的化學家Akira Yoshino。


諾貝爾官方對他們的評語是:“他們的研究工作,奠定了無線時代和擺脫化石燃料的基礎。”沒錯,他們畢生的心血都集中在鋰電池領域,他們三個人的研究合力將鋰電池的技術發(fā)展至今。


其中尤為關鍵的是來自美國的科學家John B Goodenough,正是他在1976年發(fā)現(xiàn)的鈷酸鋰材料,開創(chuàng)了鋰電池的時代;而他在1997年,他所發(fā)現(xiàn)的磷酸鐵鋰材料,更是打開了鋰電池大規(guī)模運用的大門。


而目前新能源汽車電池的主要類型便是磷酸鐵鋰電池鈷酸鋰電池,可以說新能源汽車的發(fā)展,很大一部分就是基于他的研究成果。也正是這一場諾貝爾的頒獎禮,讓世人的目光都集中在了電池領域,要知道自20世紀90年代至今,電池技術已經陷入了長時間的停滯狀態(tài),雖然能量密度在不斷的提升,但是在材料上卻沒有明顯的突破性進步。


固然很多人會說,最新的石墨烯電池熱度不低,宣傳效果看起來也很厲害,它不算是一種突破嗎?誠然,若是在實驗室范圍內,石墨烯材料在電池產業(yè)中的確算得上一次重大的突破。它有著結構穩(wěn)定、導電性高、強度高、性能強等優(yōu)點。但是受限于產量問題,不能大規(guī)模運用的它不足以稱為一次電池技術革命。


現(xiàn)在對電池技術依賴極大的新能源汽車領域中,電池能量密度和充電速度的快慢,直接決定著新能源汽車產業(yè)的前進速度。而不僅僅是新能源汽車領域需要一次電池革命,在工業(yè)時代發(fā)展到現(xiàn)在,各行各業(yè)都需要一種更高能量密度的儲能裝置,來推進工業(yè)的進一步發(fā)展。


那么眾人所期待的下一次電池革命,還要多久才能到來呢?會產自哪一塊呢?很遺憾的是,確切的答案茶哥也并不確定,但是卻通過一些蛛絲馬跡得到了以下結論:


1. 固態(tài)電池或將成為主要研發(fā)方向


電池技術不僅僅影響著工業(yè)的發(fā)展,更是對世界能源結構也產生著一定的影響。想要徹底擺脫化石能源電力,發(fā)展可再生電力,必不可少的就是儲能裝置,在用電波谷將電力儲存起來。另一方面,更小更輕更多能量更低成本,也是所有采用電池設備所渴望看到的新型電池,所以電池的主流發(fā)展方向必定是朝著提高能量密度而去。


如此一來,目前眾多的電池種類里,在能量密度方面潛力巨大的當屬固態(tài)電池。其固態(tài)的電解質擁有更高的密度,可以讓更多帶電粒子聚集在一端,便擁有了更高的能量密度。目前最新的Li-CO2固態(tài)電池能量密度在實驗室條件已經高達1876Wh/kg,而現(xiàn)在最先進的三元鋰電池能量密度最高也不過350Wh/kg。


上文中所提到的鋰電池之父,剛獲得諾貝爾獎的美國科學家Goodenough,雖然目前已經97歲高齡,現(xiàn)在還依舊在研發(fā)固態(tài)電池的前線上努力著,而他開始這項研究到現(xiàn)在已經到了第7個年頭。本次獲得諾貝爾獎之后,他當下的研究得到了很多人的重視,而且很大可能會吸引大量的資金進入這一領域。


2. 磷酸鐵鋰電池或將在公共交通中繼續(xù)發(fā)揮更大作用


目前磷酸鐵鋰電池主要的運用范圍是在公共交通領域,其成本低和不含重金屬的優(yōu)點,再加上穩(wěn)固的P-O鍵帶來的高安全性,讓各國的新能源公共車輛生產廠家紛紛選擇它來作為動力電池


不過受限于當下的材料,磷酸鐵鋰電池目前的能量密度較之主流的三元鋰電池低出了不少,同時在低溫條件下的穩(wěn)定性也有一定的缺陷。但又由于它循環(huán)壽命高的優(yōu)點,讓科學家們也沒有放棄對它的改進研究。


據(jù)最新的消息顯示,部分磷酸鐵鋰電池生產廠家在對正極、負極、電解液以及粘結劑作出改進后,試生產出的磷酸鐵鋰電池的低溫穩(wěn)定性提升了許多。


而部分實驗室通過優(yōu)化電池材料的方法,讓磷酸鐵鋰電池的能量密度也上升至200Wh/kg以上,雖然與最好的三元鋰電依舊有著不小的差距,但是已經提升了將近一倍的能量密度,同時也還有著極大的進步空間。


諾貝爾化學獎的頒發(fā),將所有人的目光都集中在了電池技術之上。在可見的未來中,電能也將取代化石燃料成為我們主要的運用能源。甚至可以說,下一次電池技術的突破,將會是繼第二次工業(yè)革命后,人類發(fā)展史上最重要的一次技術進步,希望那一天的到來不會太遙遠。




原標題:鋰電池之父獲諾貝爾獎,下一次電池革命還有多遠?


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