可行的锂电池替代品：电动汽车的新电池技术

自1991年以来，锂离子电池就已经开始供电。特斯拉已经成功地将它们用于汽车和可再生能源的存储。它们既昂贵又危险。

锂电池示意图。所有电池都遵循相同的一般原则。

寻找新的绿色电池技术还没有找到任何可行的锂电池替代品。但过去一年的发展显示出前景。

任何电池都有两个端子，标记为正极和负极。在某种情况下，它们具有由电解质隔开的两个电极。

一个电极即阴极连接到正极端子。另一个是阳极，连接到负极端子。电解质允许电荷在电极之间流动。

收集器将电荷传导到电池外部的负载。负载是电池运行的任何东西，例如手电筒，笔记本电脑或汽车引擎。

到目前为止，所有商用电池都使用液体电解质。任何曾经看过“干电池”电池的人都知道，一旦电解液浸出，电解液就会变得腐蚀和恶心。几个研究小组已经完成了更安全的固态电解质测试。

手电筒，便携式收音机和其他设备长期使用干电池。最终，标准干电池完全放电，只能丢弃。

可充电电池允许来自电池外部的电流反转电子流。在阳极具有新的电子供应之前，它是正的，而不是从负到正。

锂离子电池不是唯一的可充电电池，但它们已成为最常见和多功能的电池。

寻找锂电池的替代品

波特兰通用电气锂离子电池系统

锂是一种相对稀有的元素，必须从盐水中提取。除电池之外的其他行业依赖于它，但其在电池中的使用大大增加了对它的需求，因此成本增加。

锂电池在充电之间不会持续很长时间。但也许他们最严重的劣势来自于他们过热和着火的倾向。

元素锂不稳定。科学家多年来一直在寻找安全的化合物。不幸的是，元素锂可以逃逸并在阳极和阴极之间形成枝晶。它们会导致短路，从而破坏电池。

出于两个主要原因，寻找锂离子电池替代品尚未取得突破：

·许多团队正在研究许多不同的替代方案。他们中的任何一个都可能以某种方式改进锂电池，但在另一种方式上却没有那么好。对锂离子电池新替代品的所有研究已经产生了许多电池，这些电池在某种程度上更好，但没有什么明确的好。

·扩大研究范围以将创新投入生产需要时间和金钱。它可能需要数亿美元。拥有这种钱的公司不会在足够长的时间内进行投资。拥有充足时间的独立研究实验室无法在这种规模上筹集资金。

特斯拉在Gigafactory投资约50亿美元。研究锂替代品的研究人员如果将资源汇集到一个基金中，就不会那么多。

幸运的是，我们不需要一种新的绿色电池技术。用于为电子设备供电的功能也不一定必须用于汽车或电网存储。

电动汽车的新电池技术

宝马i3充电口

即使新技术在现有技术上有所改进，它们起初也会更加昂贵，并且将面临来自根深蒂固的产品的竞争。如果它们可以集成到锂离子电池的制造容量中，它将有助于固态电池的开发。

原则上，固态技术适用于电网存储和电动车辆电池。高端电动汽车似乎是任何新电池技术商业成功的最快捷途径。

介绍了用于锂离子电池的钴氧化物阴极已超过25年。他在德克萨斯大学奥斯汀分校的团队制定了一种新的电池化学方法。

它使用钠离子代替锂。钠比锂更常见，使钠电池比锂电池便宜。也许更重要的是，他的团队用退火的玻璃纤维板制成电解质而不是某种液体。它不会爆炸。

科学家设计了一种用于镁离子电池的固态电解质。镁相对于锂的优势包括更高的能量密度。

可用的液体电解质证明具有腐蚀性，因此团队决定探索固体电解质。他们使用镁钪硒化物尖晶石代替玻璃。到目前为止，该实验室尚未生产原型电池。一个瑞士团队也在研究使用镁，钠和固体电解质的电池。

固态电池上市需要至少十年才能上市。

虽然这些固态电池最有可能在电动汽车中找到它们的第一个商业应用，但开发

用于电网存储的新电池技术

钒液电池可替代锂离子电池系统-

以下技术不适用于电动汽车，但它们对电网存储具有很大的希望。在多伦多附近，很难找到商业上可行的锂电池替代品。

加拿大公司Deltro在那里建造了两个仓库大小的锂离子电池。2018年春季，它们将成为加拿大电网的一部分，这是该国第一个公用事业规模的储能项目。

特斯拉已经在澳大利亚为风能安装了公用事业规模的蓄电池。任何新的绿色电池技术都必须与已有的绿色电池技术竞争。

氢燃料电池一直被视为锂的主要替代品。它们是在19世纪30年代发明的，但是最优秀的人才无法找到经济地生产它们的方法。

泵送水力发电存储是目前最便宜的存储技术。每千瓦时的成本约为100美元，但它仅适用于某些地理位置。特斯拉声称它可以制造锂电池仅比5美元多。

液流电池

麻省理工学院的研究人员已经宣布了一种硫基液流电池，他们估计这种电池的成本仅为每千瓦时20美元。阳极，阴极和电解质都是液流电池中的液体。在这一个中，阳极是水中的硫，阴极是充气盐溶液。

硫磺是沥青砂炼油厂的废料，价格便宜且丰富。现有库存已达400万立方米。因此，硫基电池中的活性材料仅花费1美元/千瓦时，低于几乎任何其他可充电电池的价格。新电池的密度是泵送水力系统的500至1,000倍。它仍然需要锂离子来携带电荷。

钒液流电池已经存在足够长的时间，一些公司已接近将其作为替代锂电池用于电网存储的市场。然而，它们目前的成本是泵送水力发电机的三到五倍。

锂电池的其他电网存储替代品

斯坦福大学的工程师们已经开发出一种电池，其电极由铝和石墨制成，两者都比锂电池更常见。所述电解质主要由尿素，它来自尿液和已经在肥料中的常见成分。与他们尝试的第一种电解质相比，使用尿素将成本降低了两个数量级。

电池充电速度快，可以充电和充电数千次。它具有99.7％的库仑效率，这意味着它将具有较长的生命周期。因此它比锂离子电池更便宜，更高效，更耐用，但它只有一半的能量密度。

俄勒冈州立大学的研究人员宣布开发出一种不含金属的水合离子电池。Hydronium是一种改变的水，H3O+。它是第一种被证明对电池有用的非金属离子。它使用稀硫酸作为电解质，这是一种丰富的可再生物质。

这些创新几乎不代表过去一年中所有新的绿色电池技术。科学家们还在柔性电池方面取得了突破，例如印在织物上的可穿戴电池和植入式医疗技术。