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当今的移动世界离不开锂离子电池，这是目前可充电电池的最佳选择。去年，消费者们购买了50亿只锂离子电池，用来给笔记本电脑、照相机、手机和电动汽车供电。美国阿贡国家实验室能源存储联合研究中心（JCESR）的负责人乔治·克拉布特里（George Crabtree）说，“这是有史以来最好的电池技术”。 1991年，索尼公司推出第一款商业版锂离子电池，与之相比，如今锂离子电池的能量密度（单位质量所存储的能量）已经是原来的两倍多，而价格只有当初的1/10。不过，锂离子电池的能量密度已经接近极限。许多研究者认为，对锂离子电池的改进，最多还能将能量密度再提高30%。这意味着，锂离子电池永远不能像一油箱汽油那样，让电动汽车连续行驶800千米，也不能让“电老虎”般的智能手机续航许多天。 尽管近年来，关于锂电池大突破的新闻层出不穷，似乎各种消息都预示着锂电池将会获得重大进展，其中一个很明显的例子，那就是石墨烯材料的发现和应用。几乎过不了多久时间，就会有媒体发布消息称在石墨烯领域又获得什么突破，用在锂电池上又能提高多少多少的性能，几乎已经让人们听的麻木，因为到目前为止仍然没有出现一款真正市场化平民化的石墨烯电池，而所谓的石墨烯电池也大多仅仅是在电池中添加了一些石墨烯粉末罢了。 那么，让我们把目光放的宽广一点，除了锂电池，还有哪些极具潜力的电池动力系统能够应用在汽车上呢？ 钠硫电池钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的，至今才40年左右的历史。钠硫电池具有许多特色之处：一个是比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高。其理论比能量为760Wh/Kg，实际已大于150Wh/Kg，是铅酸电池的3-4倍。另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2，并瞬时间可放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100%。但是钠硫电池的工作温度在300-350℃，所以，电池工作时需要一定的加热保温。但采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题。 但随着时间的推移表明，钠硫电池在移动场合下(如电动汽车)使用条件比较苛刻，无论从使用可提供的空间、电池本身的安全等方面均有一定的局限性。尽管如此，比尔盖茨仍然很看好钠硫电池的前景，由他投资的一间公司就正在开发可应用于汽车上的钠硫电池， 镁电池镁电池的最大优点是采用镁作为负极，在反复充放电过程中不会产生枝晶，因此循环性能非常优良。而金属锂不仅在充放电过程中会产生枝晶，而且循环寿命低，会导致严重的安全问题。镁与锂相比有多种优点，比如锂的熔点约为180摄氏度，而镁的熔点高达约650摄氏度，因而更为安全，镁的蕴藏量也比锂丰富得多。不过，开发镁电池也面临一些技术困难，例如此前一直没找到合适的正极材料，同时也缺乏能帮助稳定充电和放电的电解质。 目前，镁电池主要供军事通信和气象测候仪、海难救生设备和高空雷达仪等使用。但是有很多人都想把它应用到汽车上。据了解，丰田早在2005年就开始了镁电池的研究。丰田美国工程师Jeffrey Makarewicz曾公开表示，锂离子电池理想状况下蓄能水平为2000千瓦时，对于插电式电动车及混合动力车而言，性能还不够理想。而镁离子电池或其他材料电池或将有可能成为锂电池的替代品。 铝电池铝是理想的阳极材料，目前有多种铝电池，例如铝-空气电池和熔盐铝电池，具有广阔的发展前景。铝含量丰富且价格低廉，铝电池性能优秀且对环境友好，其产物无毒可用于其他工业用途而无需特别处理，是理想的电池体系；在当前资源匮乏，环境日益恶化的的情况下，铝电池的研究对于可持续发展有着重要意义。 铝电池不用做充电电池，一方面是循环寿命差，一方面是充电速度太慢，不实用。还有一个致命缺点是电解液里面的铝离子不稳定，很容易发生化学反应带来危险。这些弱点让铝电池一直没有实用化。同时铝电极在放电介质中的极化和寄生腐蚀反应等问题，严重地制约了铝电池的发展。通过铝合金阳极的微合金化，对电解质及电池结构研究的不断深入将逐渐推动铝电池体系发展。铝电池具有广阔的发展前景。 锌电池大部分一次性电池的负极都使用了廉价常见的锌，比如我们平常用的干电池。如果反复充电，锌会在负极的表面形成针状物质。这种针状物质会破坏电池，因而用锌制成的电池很难用作蓄电池。而解决的方法有两种，一种是使锌在充电时产生的针状物质朝着不破坏电池的方向延展，实现反复充电。第二种是用锌作为正极，这样就可以避免损坏电池。 利用锌制成的电池使用便宜且易于输出电流的水作为电解液，没有易燃易爆风险，生产和储存成本较低。可利用已有的制造设备，控制成本投资。据悉，该电池和现在通用的锂电池性能相当，但价格却不到锂电池的一半。在用电量较大的电力储存和电动车等方面将得到普及。 近日美国海军与恩吉克电池公司(Enzinc)合作，计划让锌电池重出江湖，稍加改动，让锌电池不仅能达到锂电池的效果，同时也避免了起火的事情发生。恩吉克电池公司将锌粉调合其他的材料，做成3D网格结构的正极，使得电池的充电性能可以和锂电池相抗衡。不过这项技术还有待研究、美国海军很认同他们的研究，决定未来将这种电池应用在车辆上测试，同时美国能源部高级研究计划署也随之跟进，希望这种电池技术可以成为未来的储能设备。 目前而言，锂电池确实是动力电池行业和电动汽车领域最好的选择，而且还衍生出磷酸铁锂、钛酸锂等不同的工艺分支，并且随着产能和工艺的提升，锂电池的性能和安全性都将获得提升，但是我们不得不正视一个问题，那就是锂电池的储能极限问题。理论上锂电池的储能极限无法满足电动汽车长途驾驶的需求，因此，必须找到能够像汽油一样，充一次电就能让汽车跑好几百公里，而且不需要限定工况的动力能源系统，所以，积极开发新的具有潜力的动力能源是很有必要的。好在广大车企和新能源业界方面也认识到了这个问题，正在努力研究，希望有一天能够推出真正强大的产品，彻底改变汽车产业。 #感谢您的阅读，我们诚挚邀请您关注汽车氪，汽车氪关注清洁新能源和新科技给汽车行业带来的产业升级，关注绿色、安全出行# |
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