卡內基梅隆大學(xué)提出的“技術(shù)成長(cháng)曲線(xiàn)”告訴我們，諸多新技術(shù)想要與鋰離子電池競爭還有多遠的路要走。
每隔幾周我們都能看到爆炸性新聞，聲稱(chēng)發(fā)現了電池技術(shù)的“圣杯”，將來(lái)我們可以運用該技術(shù)在幾分鐘內給智能手機充滿(mǎn)電、開(kāi)電動(dòng)車(chē)行駛數百英里、開(kāi)發(fā)廉價(jià)可靠的可再生能源存儲手段。
然而，這些“顛覆游戲規則”的電池似乎并沒(méi)有在頭條新聞之外的地方大顯身手。這是怎么回事呢？
卡耐基梅隆大學(xué)機械工程學(xué)院的助理教授Venkat Viswanathan提出了同樣的問(wèn)題。在最近發(fā)表的論文中，他和他的同事提出了一個(gè)量化電池化學(xué)研究進(jìn)展的“技術(shù)成長(cháng)曲線(xiàn)（hype cycle）”。
這些研究人員統計新發(fā)表關(guān)于特定電池化學(xué)機制的技術(shù)論文，以確定該技術(shù)在“技術(shù)成長(cháng)曲線(xiàn)”中的位置：從“創(chuàng )新出發(fā)點(diǎn)”、“期望膨脹頂峰”到最終的“穩定生產(chǎn)期”。最后這一階段正是當前鋰電池所處的位置。
 這個(gè)圖表展示了一些類(lèi)型各異的電池技術(shù)。錳離子電池、鈉離子電池、鋰-硫電池的工作原理都與鋰離子電池在某種程度上類(lèi)似，但它們在能量密度（決定了電池有多小，或多輕）和成本上有擊敗鋰離子電池的潛力。譬如，由于硫的價(jià)格低廉，相比于當今的鋰離子電池，鋰-硫電池有潛力大幅降低成本。然而目前的鋰-硫電池并不穩定，易出現能效大幅下降和自放電。并且，當離子在電池中運動(dòng)時(shí)，鋰-硫電池的電極可能膨大80%，如此一來(lái)就很難找到維持電池形態(tài)的材料。不過(guò)鋰-硫電池是最有前景的技術(shù)之一，其發(fā)展過(guò)程剛剛越過(guò)了Viswanathan及其學(xué)生所指出的“期望膨脹頂峰”。
鋰-空氣電池是除了鋰離子電池外唯一越過(guò)“泡沫破裂低谷”并走向“啟蒙上升期”的電池。鋰-空氣電池的儲能技術(shù)完全不同，擊敗鋰離子電池的潛力極大。這種電池的用金屬鋰做負極，在正極一端直接與空氣中的氧氣反應。由于反應物之一是空氣，理論上講，該電池儲存同樣能量所需材料僅為其他電池的一半，其重量也可減半。這一優(yōu)點(diǎn)尤其為電動(dòng)車(chē)行業(yè)所關(guān)注，因為小體積電池組對電動(dòng)車(chē)十分有利。然而，鋰-空氣電池想要在成本和使用壽命上比肩傳統的鋰離子電池、達到“穩定生產(chǎn)期”，還有很長(cháng)的路要走。
Viswanathan研究的價(jià)值在于幫助我們預測不同電池技術(shù)的發(fā)展階段。雖然創(chuàng )新技術(shù)如雨后春筍，在便攜式電子設備、電動(dòng)車(chē)、電網(wǎng)設備等方面，鋰離子電池仍然是贏(yíng)家。也許在數年內，我們就能見(jiàn)證鋰-空氣電池超越鋰離子電池，電動(dòng)車(chē)相對于汽油、柴油車(chē)的競爭力大幅提升。但是鋰-空氣電池仍處在“啟蒙上升期”，要達到鋰離子電池的水平還有很長(cháng)的路要走，更不用說(shuō)與化石燃料競爭。
作者簡(jiǎn)介：Robert Fares 是美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的博士后，他的研究方向為新興能源技術(shù)的經(jīng)濟和環(huán)境影響。
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