得電池者得天下!突破目前電池瓶頸的人,將獨享千億盛宴

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本文來自:theguardian《Autonomous Mini Rally Car Teaches Itself to Powerslide》, 由合作媒體 TECH2IPO 編譯。

不論是口袋中的手機還是道路上的汽車,幾乎所有蘊含電路的產品都離不開電池。儘管在過去數十年中許多技術都取得了明顯進步,但電池技術卻並不包含在內。

有限的電池技術水準使交通、能源和基礎建設等等遇上了瓶頸。我們對能源的需求與日俱增,但我們傳輸和儲存能源的能力卻極為有限。智慧手機的續航時間只有一天,和燃燒汽油及柴油的交通工具相比,電動交通工具的續航時間也短得可憐。此外,想要通過太陽面板轉化並儲存能源其實還不是容易的一件事。

我們需要在能源的儲存領域取得突破,包括汽油巨頭在內的許多公司都在研究相關的技術。成功者所能獲取的市場空間非常誘人,但電池化學的固有瓶頸卻為突破過程帶來了極大困擾。

最大的問題在於電池密度的局限性:在體積和重量一定的介質中,我們最多可以儲存多少能量?鋰電池最早出現於 1991 年,這種電池被廣泛使用在手機、汽車以及其他可充電設備上。這種電池每公斤可以儲存 150 至 250 瓦時的電量。為了讓這個數據顯得更直觀,一台冰箱每天需要消耗的電量大約為 1,600 瓦時,每公斤汽油所儲存的能量值高達 13,000 瓦時。即便是質量最佳的鋰電池,其所能儲存的能量值也僅為同單位重量汽油的 50 分之一。

也有使用其他金屬或者元素的電池種類,例如硫磺和矽等。一直以來,研究人員都在苦苦尋覓可以在保證安全的情況下突破能源密度的方法。

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「你在一個容器內所儲存的能源量越大,這個容器的危險系數也就越高。」倫敦帝國理工學院戴森工程設計學院的 Billy Wu 表示,「安全至關重要,而熱量管理則是關鍵的一環。當溫度達到攝氏 80 度的時候,容器的部件會開始分解,爆炸也有可能發生。」

製造商會竭力避免爆炸的發生。據產業研究公司 Freedonia Group 推測,在 2019 年電池產業的市值達到 1,200 億美元。繼真空吸塵器公司 Dyson 最近和特斯拉聯手後,三星、Panasonic 以及 IBM 等公司也開始大力開展電池研究。

據稱,特斯拉電動汽車的單次續航距離可達 200 至 300 英里,這家公司最近還進軍了家用電池領域。特斯拉選擇和 Panasonic 公司合作,並在所謂的「超級電池工廠」計畫中投入了 50 億美元。想要讓電動汽車變得更加普及,大規模的電池生產必不可少。目前在特斯拉電動汽車中,電池所佔的成本約為 20%。

許多人認為特斯拉汽車的單次續航距離應該提升至 500 英里,或者說應該和汽油或柴油汽車的平均續航距離相接近。自 2009 年以來,IBM 公司的「Battery 500」項目一直在研究鋰空氣電池,這種電池有望取得和汽油相近的能源密度。但目前這種電池距離真正實用化還為時尚早。

「許多人會談論金屬空氣系統。儘管這種技術終將到來,但距離商業化應用至少還有 20 年之久。」Wu 表示。

Dyson 在電池技術上投資了 10 億英鎊的資金,在這筆資金的幫助下,研究終於取得了突破性發展。在去年 10 月份,這家英國公司收購了由密歇根大學校友創立的 Sakti3 公司,後者的業務以固態電池的開發為主。據悉,Sakti3 所研發的固態電池其能源密度為鋰電池的 2 倍。他們為電池填充的是固態聚合物而不是電解質,這種電池的充電速度也會更快。

除了消費層級的應用外,許多研究所針對的是能源供給領域。「以太陽能和風能為首的可再生能源存在一個問題,這類能源通常是間歇性的,有時甚至會產生過量的能源。我們只能將過量的能源丟棄,以免電網出現負荷過重的情況。」Wu 說道。

將過量的能源儲存到電池能可以讓能源的輸送變得更加均勻。但和家庭儲能所遇到的問題一樣,面向發電廠的儲存方式也受制於同樣的局限,商業化電池生產商只能盡可能讓鋰電池發揮最大的功效。電池技術的突破之日終將來臨,只是目前我們還需要耐心等待。

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