1800年意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏特發(fā)明了世界上第一塊電池。自那以后，人們研究出多種新型電池，但所有電池的基本運(yùn)作原理其實(shí)是一樣的：利用不同材料間的化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存和釋放電能。

充電電池的過往由來

世界上最早的可充電電池，也即鉛酸蓄電池，是由法國物理學(xué)家賈斯頓·普蘭特于1859年發(fā)明的。19世紀(jì)末歐美主要發(fā)達(dá)國家的電氣化進(jìn)程促使人們開始研究蓄電池，將其使用在諸如電報(bào)、手電筒及后備能源等方面。但最大的一塊市場可能還是在電車領(lǐng)域。在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，由蓄電池驅(qū)動(dòng)的電車是當(dāng)時(shí)城市街頭一道常見的風(fēng)景線。究其原因，在于電車很少有噪音，也不會(huì)排放有毒氣體。但在行程方面，電車一直存有缺陷。到了1912年，隨著電動(dòng)啟動(dòng)器的發(fā)明，帶有內(nèi)燃機(jī)的汽油動(dòng)力汽車登上歷史舞臺(tái)，電車隨之遭到遺棄的命運(yùn)。

鎳鎘充電電池大約在1900年問世，它多使用在對能量需求更大的場合。與鉛酸蓄電池一樣，鎳鎘電池在使用中容易產(chǎn)生化學(xué)氣體，尤其在過度充電的情況下。在上世紀(jì)40年代末，德國工程師喬治·紐曼通過調(diào)整充電電池的化學(xué)組成而解決了這一問題，使得密封型充電電池成為現(xiàn)實(shí)。從20世紀(jì)60年代起，鎳鎘電池的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，為諸如電動(dòng)剃須刀和電動(dòng)牙刷這樣的小電器提供動(dòng)力。

在20世紀(jì)大多數(shù)時(shí)間里，鉛酸蓄電池和鎳鎘電池主宰了整個(gè)充電電池市場，這兩種電池至今仍被人們使用著。盡管就單位體積存儲(chǔ)的電能而言，它們無法與新型電池相比，但從成本方面來說，它們是極為合算的。如今幾乎所有汽車的啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)都是靠小型鉛酸蓄電池組提供脈沖電能的。它們也被使用在大型后備能源系統(tǒng)中，并占據(jù)了全球充電電池市場的近一半。在飛機(jī)及火車上，人們使用鎳鎘電池作為緊急備用動(dòng)力來源。

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新型電池時(shí)代的到來

在過去二十年里，兩種新型可充電電池開始在市場上嶄露頭角。單位體積存儲(chǔ)的電能兩倍于鉛酸蓄電池的鎳金屬氫化物電池1989年開始進(jìn)入市場。在上世紀(jì)90年代，鎳金屬氫化物電池成為了便攜式電子產(chǎn)品最理想的驅(qū)動(dòng)能源，它也取代鎳鎘電池，在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。豐田公司1997年推出的新型油電混合車普銳斯所采用的也是鎳金屬氫化物電池。

當(dāng)今手機(jī)和掌上電腦上所普遍使用的電池仍以氧化鈷為電池正極材料。這類充電電池也開始在汽車上使用，如Tesla汽車公司的跑車。但由于氧化鈷化學(xué)活性高、代價(jià)昂貴，大多數(shù)專家認(rèn)為，它不適宜廣泛使用在混合動(dòng)力汽車或純電動(dòng)車上。

于是研究人員開始嘗試另辟蹊徑?？偛课挥诿苄莸腃ompactPower公司已開始用錳來取代電池中的鈷，原因在于錳成本更低且在高溫下性能更穩(wěn)定。但壞消息是，由于錳元素會(huì)溶解在電解液中，壽命也要短一些。不過，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家邁克爾·撒克里認(rèn)為，將錳與其他元素，如鎳和鈷，混合起來使用能解決這些問題。

1997年，美國科學(xué)家稱，有望使用磷酸鐵作為新型的電池正極材料。相比于氧化鈷，磷酸鐵具有價(jià)格低廉、安全及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是能量密度低、導(dǎo)電性能差，從而影響了電池的儲(chǔ)電、放電性能。后來，2002年麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)表論文稱，在磷酸鐵中摻雜一些鋁、鈮、鋯元素可以極大提高其導(dǎo)電性能。不過，該研究結(jié)果尚存在一些值得商榷之處。

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磷酸鐵電池技術(shù)目前正被幾家公司投入商業(yè)用途，美國的A123Systems公司和加拿大的PhostechLithium都在其中。PhostechLithium公司擁有生產(chǎn)和銷售基于古登納夫博士專利的電池材料的專有權(quán)。不過，雖然兩家公司都在為市場份額而競爭，但其結(jié)果還很難料，因?yàn)檫@其中還涉及到專利侵權(quán)等問題。