因为这些储能技术 锂电池的江山要坐不稳了

　　如果锂电池能拟人的话，它一定在想：“朕的江山……不稳了……”。

　　可不是么，隔三差五就会有各种实验室称自己研发出了新的电池技术，一个比一个成本低、有的更加环保、有的更安全、有的寿命更长……锂电池的时代将要落幕了？

　　今天，我们看看哪些电池技术正在一步步替代锂电池成为主流。

　　原材料无处不在的钠离子电池

　　锂电池什么都好，就是太贵了。

　　锂电池的电极材料锂（Li）比较稀有，开采和精炼成本很高。那么有没有可能，在常见的材料里可以找出替代锂元素的电极材料呢？

　　盐（NaCl），听起来不错。毕竟地球拥有广阔的海洋和盐湖等钠盐来源，如果可以提取钠作为电极材料，成本将大幅度下降。

　　钠离子电池的概念起步于上个世纪80年代，与锂离子电池几乎同时起步，钠离子电池的工作原理与锂离子相似，充电时，Na+从正极材料中脱出，经过电解液嵌入负极材料，同时电子通过外电路转移到负极，保持电荷平衡；放电时则相反。

　　一直以来，人们认为钠离子电池虽然有成本的优势，但能量密度不及锂电池，只能在对于能量密度要求不高的领域，比如电网储能、调峰，风力发电储能等方面应用，然而，近日斯坦福大学的研究人员们研制的钠离子电池突破了这一认知。

　　他们研制的钠离子电池，能够以80%不到的成本，存储与锂离子电池相当的能量！

　　这款电池采用了钠盐电极的设计，充上正电荷的钠离子会游向充负电荷的磷正极——这两种元素在自然界中的储量都很丰富。最终，他们的钠离子电池实现了高达484mAh/g的可逆容量、以及726Wh/kg的能量密度。新电池的能源效率据称超过了87%，至于最重要的成本方面，研究人员声称可以80%不到的投入，实现与锂离子电池相当的储电量。

　　下一步，团队将在磷阳极上投入更多精力，以便压榨出钠离子电池的更多性能。与锂离子相比，团队也希望进一步提升钠离子电池的体积能量密度。这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然能源》（NatureEnergy）期刊上。

　　实际上已经有不少企业在发力钠离子电池，比如丰田。

　　新闻报道称，丰田新电池使用了钠基化合物作为正极的钠离子电池，电池产生的电压高出锂离子电池30%。这项电池技术可有效提升电动车的续航里程，最大可达到惊人的1000公里，而且价位更低。据悉，丰田正加快推进研究，预计2020年前后可投入实际应用。该电池一旦商业化，价格会比传统锂电池更低。

　　成本只有锂离子电池1/5的液流电池

　　有这么一款电池，放电的时候，会吸入来自外界的空气，而在充电的时候，它又可以排出空气，很像人类的呼吸。

　　根据cnBeta.COM的报道，麻省理工学院的研究人员们，已经开发出了一款可以“呼吸空气”、长期贮存能量的液流电池，且在同等能量密度下，其造价只有锂离子电池的1/5。

　　液体可以做电池吗？来看一下原理：这款可充电液流电池的特点，是采用了液体的“阴极电解液”’和“阳极液”作为电池的两极，通过离子的来回运动来储存或释放能量。

　　其中，溶解在水中的硫作为阳极液，含氧液体盐溶液为阴极电解液。硫、水、盐材料的成本很低，对于大规模储能的电网系统来说，成本的削减，才是让可再生能源普及和长期运行的关键。

　　报道称，这款电池如今只有咖啡杯那么大，如果设计应用到大规模的系统中，预计每千瓦时的储能成本可控制在20~30美元之间（其它储能系统的每千瓦时储能成本可能高达100美元）。下一步研究计划将是提升电池的效率和工作寿命。

　　但其实，液流电池已经不是一项新的技术了，早在上世纪60年代就已经出现。

　　以更多人知晓的全钒液流电池举个例子，全球范围内生产全钒液流电池的企业主要包括美国UniEnergyTechnologies公司、奥地利Gildemeister公司、日本住友电工公司以及中国大连融科储能技术发展有限公司。

　　同锂电池相比，液流电池规模可大可小，设计灵活、具有可扩展性，从下图看出，钒液流电池可承受的功率取决于电堆大小，而电量的多少则与储能罐的大小成正比。而锂电池却是固定的大小，规模难以扩大。

液流电池结构图

　　另外，相对于锂电池，液流电池的寿命较长、安全性极高，没有起火或爆炸隐患，即使遭遇大电流也不会有什么安全问题。

　　然而，液流电池的密度极地，加之此类电池呈液态，因而占地面积大成为其局限性。这么一看，前文所说的咖啡杯大小的新款液流电池，是不是会成为革命性的发明呢？

　　使用寿命更长充电更快的铝电池

　　其实铝电池也是一直被人们看好的一项电池技术，因为其能量密度的潜力很大。但是到目前为止，铝电池还只是被当做金属燃料电池使用。

　　比如美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy曾展示的100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。铝电池只在锂电池电量耗尽后才启动，因此可以用很长时间，期间只需每月加注清水。通常在一年左右达到使用极限后，到服务站更换充满电的铝电池即可。有点像一次性电池。

　　为什么铝电池不做充电电池？

　　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。这些原因使得铝电池一直未大规模投入使用。

　　但别灰心,《自然》杂志发布过一篇关于铝离子电池的研究，称“已经看到了新电池的雏形”:

　　这款铝离子电池包含两个电极，一个由铝制成的带负电阳极和一个带正电石墨阴极，电解质其实就是室温下的液态盐，最后研究出的可充电铝电池可以产生2伏电压。这比任何铝电池可以产生的电压都要高，尽管只有典型锂电池的一半。

　　研究人员称，如果改进阴极材料应该可以最终增加电压和能量密度。这样的话，铝电池将成为替代性的新技术：不昂贵的电极、安全、高速充电、灵活和较长寿命。

　　看来，从实验室到量产仍旧是一个很长的过程。理想的电池雏形已经有了，铝比锂便宜的多，石墨也不贵，接下来只要铝电池在能量密度，功率密度等指标追平锂离子电池，替代的一天或将到来。（【无所不能文丨芸豆】）