锂空气锂电池未来或击败锂电池

卡内基梅隆大学提出的技术成长曲线告诉我们，诸多新技术想要与锂离子电池竞争还有多远的路要走。

每隔几周我们都能看到爆炸性新闻，声称发现了电池技术的圣杯，将来我们可以运用该技术在几分钟内给智能手机充满电、开电动汽车行驶数百英里、开发廉价可靠的可再生能源存储手段。

然而，这些颠覆游戏规则的电池似乎并没有在头条新闻之外的地方大显身手。这是怎么回事呢？

卡耐基梅隆大学机械工程学院的助理教授VenkatViswanathan提出了同样的问题。在最近发表的论文中，他和他的同事提出了一个量化电池化学研究进展的技术成长曲线（hypecycle）。

这些研究人员统计新发表有关特定电池化学机制的技术论文，以确定该技术在技术成长曲线中的位置：从创新出发点、期望膨胀顶峰到最终的稳定生产期。最后这一阶段正是当前锂离子电池所处的位置。

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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%

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这个图表展示了一些类型各异的电池技术。锰离子电池、钠离子电池、锂-硫电池的工作原理都与锂离子电池在某种程度上类似，但它们在能量密度（决定了电池有多小，或多轻）和成本上有击败锂离子电池的潜力。譬如，由于硫的价格低廉，相比于当今的锂离子电池，锂-硫电池有潜力大幅降低成本。然而目前的锂-硫电池并不稳定，易出现能效大幅下降和自放电。并且，当离子在电池中运动时，锂-硫电池的电极可能膨大80%，如此一来就很难找到维持电池形态的材料。不过锂-硫电池是最有前景的技术之一，其发展过程刚刚越过了Viswanathan及其学生所指出的期望膨胀顶峰。

锂-空气电池是除了锂离子电池外唯一越过泡沫破裂低谷并走向启蒙上升期的电池。锂-空气电池的储能技术完全不同，击败锂离子电池的潜力极大。这种电池的用金属锂做负极，在正极一端直接与空气中的氧气反应。由于反应物之一是空气，理论上讲，该电池储存同样能量所需材料仅为其他电池的一半，其重量也可减半。这一优点尤其为电动汽车行业所关注，因为小体积电池组对电动汽车十分有利。然而，锂-空气电池想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池、达到稳定生产期，还有很长的路要走。

Viswanathan研究的价值在于帮助我们预测不同电池技术的发展阶段。虽然创新技术如雨后春笋，在便携式电子设备、电动汽车、电网设备等方面，锂离子电池仍然是赢家。也许在数年内，我们就能见证锂-空气电池超越锂离子电池，电动汽车相关于汽油、柴油车的竞争力大幅提升。但是锂-空气电池仍处在启蒙上升期，要达到锂离子电池的水平还有很长的路要走，更不用说与化石燃料竞争