隨著電動(dòng)車日益普及,電池技術(shù)成為極為廣泛和深遠(yuǎn)影響人們生活的新科技之一。傳統(tǒng)鋰離子電池在生產(chǎn)和回收過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題不容忽視,其安全性也面臨挑戰(zhàn)。一場(chǎng)有關(guān)未來電池的競(jìng)爭正在火熱進(jìn)行中,越來越多的科研人員和技術(shù)公司開始尋找更高效、更安全、更環(huán)保的新型動(dòng)力電池。
目前動(dòng)力電池領(lǐng)域呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢(shì),鈉離子電池、鋰硫電池和固態(tài)電池各具優(yōu)勢(shì)。雖然尚無一種電池類型能夠提供完美的解決方案,但業(yè)界共識(shí)是:新技術(shù)的競(jìng)爭和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是動(dòng)力電池發(fā)展的必經(jīng)之路。未來必有一款或多款新型電池成為電動(dòng)車崛起的新基石。
英國電池技術(shù)公司Faradion開發(fā)的鈉離子電池,吸引了全球能源公司的目光,也受到美國《連線》等科技媒體的關(guān)注。Faradion公司首席執(zhí)行官詹姆斯·奎因在接受采訪時(shí)表示:“鈉是比鋰更具有可持續(xù)性的電池材料?!?/p>
《連線》指出,鈉在世界各地隨處可見,其提取過程中的耗水量相對(duì)于鋰要少得多——提取1噸鋰消耗的水資源是提取1噸鈉的682倍。另外,生產(chǎn)鈉離子電池在材料成本上也更具優(yōu)勢(shì)。例如,可以采用成本更低的鋁箔替代生產(chǎn)鋰離子電池所需的銅箔。
澳大利亞迪肯大學(xué)電子材料和腐蝕科學(xué)系主任瑪麗亞·福賽斯表示,從鋰離子電池轉(zhuǎn)向鈉離子電池,生產(chǎn)成本將大幅下降。從電池工業(yè)角度看,現(xiàn)有的鋰離子電池工廠稍加改造,即可轉(zhuǎn)型為鈉離子電池工廠。這意味著相關(guān)廠商能夠迅速擴(kuò)大鈉離子電池的生產(chǎn)規(guī)模。不僅如此,鈉離子電池還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)——更加安全。它能夠放電至零伏,即完全排空電量,從而在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中更加安全。另外,鈉離子電池的易燃性較鋰離子電池低得多,從而成為更安全的能源。
據(jù)英國廣播公司(BBC)報(bào)道,中國中科海鈉公司在2019年就推出了100千瓦時(shí)的鈉離子儲(chǔ)能站,證明鈉離子電池可用于大規(guī)模儲(chǔ)能。2024年初,該公司與江淮汽車旗下品牌“釔為”聯(lián)合推出鈉電版電動(dòng)車,目前已向用戶批量交付。
不過,鈉離子電池也有缺點(diǎn)——能量密度相對(duì)較低。對(duì)于電動(dòng)車制造商來說,這可能影響車輛的續(xù)航里程。鋰離子電池的能量密度在150—220瓦時(shí)/千克之間,而鈉離子電池的能量密度范圍為140—160瓦時(shí)/千克。
此外,鈉離子電池在其使用壽命內(nèi)的可充電次數(shù)較少,約為5000次;而鋰離子電池中最耐用的磷酸鐵鋰電池,可充電8000—10000次。
科學(xué)家正在努力攻克難題,以便補(bǔ)齊鈉離子電池的短板。據(jù)BBC報(bào)道,中國科學(xué)家和工程師使用不同類型的電極,增加了鈉離子電池使用壽命內(nèi)的可充電次數(shù)——從5000次增加到6000次。
鋰硫電池作為新一代電池,憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材料,成為可持續(xù)能源領(lǐng)域的一顆“新星”。鋰硫電池在組成上與鋰離子電池相似,但其陰極材料采用了地殼中含量豐富的硫。這種元素在開采過程中所消耗的資源較少,而且它還是天然氣工業(yè)和石油精煉工業(yè)的副產(chǎn)品。
與上文提到的鈉離子電池能量密度較低不同,鋰硫電池的優(yōu)勢(shì)是能量密度高——達(dá)到鋰離子電池的9倍,比鈉離子電池更是高出許多。這意味著它能提供更大的功率。
據(jù)韓國《朝鮮日?qǐng)?bào)》報(bào)道,理論上,配備鋰硫電池的電動(dòng)車充電一次,可行駛約4000公里。一些國家的研究人員正致力于尋求鋰硫電池技術(shù)上的新突破。韓國LG能源公司此前成功試飛了一架由鋰硫電池驅(qū)動(dòng)的無人機(jī)。該公司計(jì)劃到2027年,批量生產(chǎn)能量密度為鋰離子電池2倍的鋰硫電池。德國電池初創(chuàng)公司Theion也積極探索,將鋰硫電池引入電動(dòng)車制造業(yè)。
鋰硫電池的短板是充電性能。在充電過程中,硫和鋰的化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生硫化鋰,這不僅會(huì)影響電池性能,還可能導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而縮短電池的使用壽命。
此外,如何解決硫的溶解問題也是一個(gè)技術(shù)難題。鋰硫電池在放電過程中,硫會(huì)溶解在電解液中。這不僅會(huì)逐漸減小電池的容量,還可能影響電池的穩(wěn)定性和安全性。
據(jù)《澳大利亞人報(bào)》報(bào)道,悉尼大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在優(yōu)化鋰硫電池性能方面取得了突破。他們使用經(jīng)過硫和氮處理的碳基電極,有效簡化了相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。這不僅能減少鋰硫電池的能量損失,還能延長電池的使用壽命。
領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)的悉尼大學(xué)電力工程學(xué)教授比爾·詹金斯表示,上述突破性進(jìn)展有望大幅提升鋰硫電池的性能?!巴ㄟ^改良電極材料并精確控制電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng),我們能夠使這種電池的續(xù)航力顯著提升。這意味著未來的電動(dòng)車充電一次,能行駛數(shù)千公里——那代表著電動(dòng)車的崛起?!?/p>
固態(tài)電池以創(chuàng)新的固態(tài)電解質(zhì)技術(shù),為電池領(lǐng)域帶來了新的變革。與傳統(tǒng)電解液不同,固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)。相對(duì)于鋰離子電池,固態(tài)電池能夠有效防止鋰枝晶(易造成電池“熱失控”,引發(fā)燃燒甚至爆炸)的形成,易燃性極低,因此擁有極佳的安全性。
此外,固態(tài)電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏群透斓某潆娝俣?,這使其成為未來動(dòng)力電池的有力候選者。
據(jù)美國《科學(xué)》雜志報(bào)道,固態(tài)電池的商業(yè)化之路并非一帆風(fēng)順。美國芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院教授雪莉·蒙指出,固態(tài)電池在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模上面臨較大挑戰(zhàn),且目前其制造成本大幅高于鋰離子電池。
《科學(xué)》雜志指出,固態(tài)電池領(lǐng)域的突破性技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)。例如,美國Solid Power公司基于硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池設(shè)計(jì),已展現(xiàn)出比鋰離子電池高50%—100%的能量密度。該公司計(jì)劃到2028年,為80萬輛電動(dòng)車提供動(dòng)力。
固態(tài)電池發(fā)展的難點(diǎn)主要在于成本。在提供相同的能量輸出的情況下,固態(tài)電池的成本是鋰離子電池的7—10倍。日本豐田汽車公司正致力于解決固態(tài)電池的降本問題。預(yù)計(jì)到2027年,該公司將推出成熟的解決方案。到2030年,固態(tài)電池的成本有望降到與鋰離子電池相當(dāng)?shù)乃健?/p>
編輯:姚志剛" " winter-yao@163.com