钜大LARGE | 点击量：757次 | 2021年07月12日
新能源想要耍得好 好电池优化很重要
新能源车产业看着花团锦簇，实际上像茶杯里的老鼠，看着透亮，前途不大。原因就在于电池的能量密度实在无法与传统动力相比。几乎全世界相关产业的科研力量都涉足了电池研究。突破了这一点，就突破了新能源车与传统动力车之间的藩篱，剩下的路一马平川。当然，神奇的自然规律不会让我们那么容易得逞。
电池中可怜的电子迁移比例，决定了电池远远比不上汽油，柴油，丁烷，丙烷，天然气，当然更比不上氢燃料——因为氢本身可以将全部的电子参加化学反应。丰田的氢燃料汽车，从能量密度角度看，是完美的化学解决方案。它的难度在于庞大昂贵的基础设施建设和吸附、储存介质——气态的氢实在太活跃太危险了。
结果就是丰田率领自己的雁阵，在列岛的孤立之境中曲高和寡地玩儿。氢燃料的科技门槛太高，以至于大家对燃料电池在广袤的大陆国家大规模应用，有点缺乏信心。当然，除非丰田能想出更石破天惊的法子，解除大家对燃料电池安全和成本的戒心。
无数聪明的头脑和天量科研资金，仍然投入到电池研发中，尽管它的能量密度可怜。
正如我们在高中化学中学到的，大多数物质电子转移的比例都很低。只有元素周期表的前两行的轻原子有可能成为好的能量载体。除掉惰性气体和氮（跟惰性气体差不多的德性），还有熏死人的氟，只剩下氢（100%），碳（66%），硼（60%），铍（50%），锂（33%）——括号里是参加反应的电子比例。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
大家很容易发现，最适合能量载体的仍然是碳和氢。碳氢化合物，不就是我们常用的汽油天然气一类的燃料吗？
出于排放考虑的电池，能选用的正负极材料，仍然必须在上述圈子里寻找。在可怜的能量密度提不上去的同时，我们还得操心别的事。
经典派
电池技术已经发展了百余年，早就过了爆发期。对于未来我们必须要有现实态度。支持电池发展的分子物理和化学分支，二战以后没有重大理论突破。我们见证了从铅酸到镍镉、从镍镉到镍氢、从镍氢到现在的锂离子的可充放电池发展历程。这期间电池结构没有什么变化，可预见的未来也不会有。因此，不要想着爆个大新闻。
研究经典电池的大多数机构或者公司，都在正负极材料、电解液、隔膜上做文章。
倒退两年，正极材料研究是热点。除了特斯拉热捧的钴酸锂之外，目前的其它锂电池正极热点材料，还有三元化合物Li（NiCoMn）O2、磷酸铁锂（LiFePO4）。然而由于压实密度原因，采用这些材料的电池的容量并不如钴酸锂电池。为什么人们还要大力研究？
钴酸锂电池好是好，只是由于热失控的问题体积做不大。基于同样的原因，为追求大电量，需要将众多钴酸锂电池堆叠在一起。精确管理这些小电池，似乎成为控制技术的噩梦。特斯拉将它们划分成数百个小单元分别控制。但过高的成本让特斯拉缺乏追随者。
前几天在京高调召开发布会的微宏公司，用三元材料作正极，钛酸锂作负极，并对电解液和隔膜进行了独到的设计。公司高层宣称可以在300摄氏度时不陷入热失控。
锂空气电池
除了还原剂令人头痛，氧化剂的选择也没有什么余地。如果不用过渡金属，卤素也显然不行，那就只能选氧与硫。锂空气电池（锂、氧）与锂硫电池都有很多人研究，但进展寥寥。除了IBM曾经爆出过大新闻。
IBM旗下的“电池500”项目，致力于使锂空气电池商用化。和目前商用的重金属氧化物作为阴极的锂电池不同，锂空气电池的负极是泡在有机电解液里面的碳棒，反应物则是空气中的氧气。
这种反应模式最大的优点是无须自带阴极氧化物，重量大大减轻，能量密度可以提升10倍，插电式电动车依靠这种电池可以一次行驶800公里，超过传统动力车。不仅如此，锂空气电池也可以不进行充电，直接更换正负极卡盒，算是一种新型的燃料电池。
既然使用空气，该电池必须设计成开放系统，电极和电解质都暴露在空气中，这使得人们始终无法维持这两者的稳定性，被当做阴极的碳棒会与电解质产生各种意料之外的副反应，导致负极迅速劣化。无论“锌空”到“锂空”，都被严厉地批判过。
日本旭化成公司（AsahiKasei）和中央硝子公司（CentralGlass）在分离膜和电解液方面为该小组提供支持。
该小组尝试将碳棒换为昂贵的纳米金阴极，将阴极反应液换成更不容易参与阴极反应的有机液体。并声称获得“充放电高达数百次而性能下降不明显”的锂空气电池。但距离商用化，仍然有“很长的路要走”。
为了避免负极产生枝晶，即锂离子在负极表面无序生长，需要加强捕获锂离子的手段。微宏公司也声称采用“多孔复合碳”作为负极材料，比表面积是传统石墨的20倍以上，使锂离子稳定快速地迁移。
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