细数前沿锂电池技术及其“虎视眈眈”的对手

2015-05-22 00:15

　　业界一直在讨论锂离子电池的继任者到底是什么？而有部分专家认为是钠电池。

　　钠离子电池之所以受到关注，是因为作为其主材料的钠资源几乎取之不尽用之不竭，制造成本不到锂电池三分之一。而且这种电池兼具单位体积存储能量多和使用寿命长等优点，可持续5千次充放电循环，效率超过85%，据说可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。

　　日本科学家正在研发全新材料的钠离子电池，与传统智能手机中的锂电池完全不同。现阶段的钠电池已进入实用化阶段，但这种电池工作时需加热到250摄氏度以上，以使其正极的硫和负极的钠处于熔融状态，保持电池内部的低电阻。钠离子电池最大的缺点之一是电池的充、放电时间过长，同时缓慢的放电速率不能给大功率设备输出足够的功率密度。一般而言，在充、放电速率和容量之间有一个权衡，以便在提高充、放电速率的同时不会显著降低电池容量。

　　钠离子尺寸比锂离子大了25%。更大的尺寸使钠离子很难嵌入发生化学反应所在的电极晶体结构中。因此钠离子的移动速率就比较慢，这成为了钠离子电池充、放电速率慢的根源。与该问题相关的还有电荷传输速率和材料的稳定性也需要提高。

　　4、镁电池

　　通常情况下，镁离子都以2价正离子（Mg2+）的形态存在，这意味着它如果在电池中充当“搬运工”的话，每次最多可携带两枚电子。所以，理论上来讲，如果两块电池分别使用了同等密度含量的镁离子和锂离子，使用镁离子作为传递电子介质的电池能量存储密度将是锂电池的两倍（锂离子是+1价）。

　　但是瓶颈在于当镁离子和两个负1价的电子结合时，整个原子核就拥有了两倍的负电荷，而负电荷量越多，吸引其他镁离子的能力也就越强。因此，当镁离子携带着两倍的电荷，要在充满电解液的两极之间运动的话，速度自然慢了很多。电脑模型显示电解液中的镁离子只会受到相邻四个其他离子的影响。

　　鉴于此，未来如果要研发能量存储密度更高的镁离子电池，挑选一种既能发挥电池全部功能同时也有利于镁离子移动的电解液，便成了当务之急。

　　除了上面提到的优势之外，相比锂，金属镁的开采成本较低，同时利用价值却很大。丰田目前已经在相关技术上投入了巨资，而特斯拉CEO马斯克也曾多次在公开场合表态，特斯拉及其超级电池工厂已经做好了“拥抱”镁电池的准备。从传统锂电池到镁电池的转型，在电池设计方面并不会受到太大的影响，工厂只需更新相应的流水线作业工具，即可轻松造出两倍能量密度的特斯拉镁电池。

　　结语：

　　或许看到这么多前沿的电池技术，再看看现在的手机和电动汽车的续航会有一阵眩晕感，但科技的进步往往是厚积薄发。一蹴而就是只存在于理想世界的词语，我们还是期待科学界早日的突破吧。

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