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簡(jiǎn)述新型電池所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:843次  |  2018年09月26日  

《麻省理工科技評(píng)論》日前發(fā)表文章稱,時(shí)至今日我們還沒有使用上比已有40年歷史的鋰離子電池更優(yōu)秀能量存儲(chǔ)設(shè)備,是因?yàn)殚_發(fā)新型電池不僅面臨眾多技術(shù)挑戰(zhàn),還需要大量的資金支持。

今年早些時(shí)候,美國(guó)能源部替代能源高級(jí)研究項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“ARPA-E”)負(fù)責(zé)人埃倫˙威廉姆斯(EllenWilliams)在一夜之間就登上了各大媒體的新聞?lì)^條。原因是她在接受英國(guó)媒體采訪時(shí)稱:“我們?cè)陔姵仡I(lǐng)域取得了重大突破。”

雖然ARPA-E支持的75個(gè)以上的能量存儲(chǔ)方面的研究項(xiàng)目已經(jīng)取得了一些令人滿意的成果,但是在生產(chǎn)體積小、成本低的能量存儲(chǔ)設(shè)備方面,仍未取得突破性進(jìn)展。

許多初創(chuàng)公司都接近于生產(chǎn)出一種集經(jīng)濟(jì)、安全、小巧和高能量密度于一體的能量存儲(chǔ)設(shè)備,且能夠保障其成本低于100美元每千瓦時(shí)。但是,如果把能量存儲(chǔ)設(shè)備的價(jià)格控制在100美元每千瓦時(shí)以下,必然會(huì)引發(fā)電偶腐蝕效應(yīng)(galvaniceffect)。

電偶腐蝕效應(yīng)是指由于腐蝕電位的不同,造成同一介質(zhì)中異種金屬接觸處的局部腐蝕。要克服該問題,就需要利用可在生能源。雖然太陽(yáng)能和風(fēng)能這些可再生能源能使電動(dòng)汽車變得更輕,成本更低,但這些能源只有在陽(yáng)光普照或狂風(fēng)肆虐時(shí)才可能擁有。

但是,這種新型電池的商業(yè)化速度遠(yuǎn)跟不上當(dāng)前從化石燃料向可再生能源的轉(zhuǎn)移速度。即使對(duì)這些新能源技術(shù)充滿信心的特斯拉CEO埃隆˙馬斯克(ElonMusk)也不得不承認(rèn),當(dāng)前汽車制造商在改進(jìn)鋰電池方面并未取得太大進(jìn)展。

事實(shí)上,許多研究人員都認(rèn)為,能源存儲(chǔ)要得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,必須要采用一種全新的化學(xué)過(guò)程和物理外形。也只有這樣,才能超越鋰離子電池過(guò)去十年中在消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和網(wǎng)絡(luò)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)等領(lǐng)域所取得的成就。

美國(guó)能源部舉辦了一個(gè)主題為“超越鋰離子電池”的研討會(huì)。事實(shí)上,這已經(jīng)是第九屆了,旨在討論開發(fā)新能源存儲(chǔ)設(shè)備所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

從麻省理工學(xué)院分離出來(lái)的SolidEnergySystems公司創(chuàng)始人胡啟超(音譯,QichaoHu)已經(jīng)研制出了一種新型的鋰金屬電池。這種新型電池顯著提高了電池設(shè)備的能量密度,遠(yuǎn)超當(dāng)前電池的能量密度。

他說(shuō):“在長(zhǎng)達(dá)十幾年的新電池系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中,其所遇到的最主要的障礙是:如何把一個(gè)想法轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。這對(duì)于電池來(lái)說(shuō)更是難上加難,因?yàn)槟闾岣吡四骋环矫娴男阅?,就可能影響另一個(gè)方面的性能。因此,必須要進(jìn)行權(quán)衡?!?br/>
此外,能量存儲(chǔ)研究還面臨多重性(mulTIplicity)問題:目前有很多電池技術(shù),從泡沫電池到流體電池,再到化學(xué)電池。在這些電池技術(shù)中,目前還沒有一個(gè)明確的贏家。這就導(dǎo)致了研究的分散性和不確定性。

研究機(jī)構(gòu)LuxResearch數(shù)據(jù)顯示,在過(guò)去的8年間,研究下一代新型電池的創(chuàng)業(yè)公司平均只獲得了4000萬(wàn)美元的資金支持。相比之下,特斯拉將會(huì)對(duì)其生產(chǎn)鋰離子電池的Giga工廠投資約50億美元,這種巨大的投資鴻溝是很難克服的。

加州大學(xué)伯克利分校材料學(xué)教授戈?duì)柕篓B西德(GerdCeder)稱:“建立一套完成的小型生產(chǎn)線大概需要投入5億美元。汽車制造商們?cè)谧龀鲑?gòu)買決定之前,可能要對(duì)新的電池系統(tǒng)測(cè)試幾年時(shí)間。因此,如果你的公司每年只能獲得500萬(wàn)美元的資金支持,你幾乎不可能投資5億美元來(lái)建廠生產(chǎn)新電池?!?br/>
即使新型電池廠商最終能夠?qū)⑦@種新型技術(shù)推向市場(chǎng),接下來(lái)也將面臨擴(kuò)大生產(chǎn)和尋找買家等難題。之前的LeydenEnergy和A123Systems就是如此,雖然有了新技術(shù),但還是由于資金不足、需求未達(dá)到預(yù)期而失敗。還有兩家創(chuàng)業(yè)公司Seeo和SakTI3,在量產(chǎn)之前就被低價(jià)收購(gòu)了。

與此同時(shí),全球三大電池制造商三星、LG和松下也都調(diào)整了戰(zhàn)略,對(duì)新技術(shù)電池的投資興趣越來(lái)越淡,而是傾向于對(duì)其當(dāng)前產(chǎn)品進(jìn)行改善。另外,這些新型電池創(chuàng)業(yè)公司還面臨一個(gè)他們不愿提及的問題:在20世紀(jì)70年代開發(fā)的鋰離子電池一直在不斷完善。

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