鉅大LARGE | 點擊量：762次 | 2021年07月12日
新能源想要耍得好 好電池優化很重要
新能源車產業看著花團錦簇，實際上像茶杯里的老鼠，看著透亮，前途不大。原因就在于電池的能量密度實在無法與傳統動力相比。幾乎全世界相關產業的科研力量都涉足了電池研究。突破了這一點，就突破了新能源車與傳統動力車之間的藩籬，剩下的路一馬平川。當然，神奇的自然規律不會讓我們那么容易得逞。
電池中可憐的電子遷移比例，決定了電池遠遠比不上汽油，柴油，丁烷，丙烷，天然氣，當然更比不上氫燃料——因為氫本身可以將全部的電子參加化學反應。豐田的氫燃料汽車，從能量密度角度看，是完美的化學解決方案。它的難度在于龐大昂貴的基礎設施建設和吸附、儲存介質——氣態的氫實在太活躍太危險了。
結果就是豐田率領自己的雁陣，在列島的孤立之境中曲高和寡地玩兒。氫燃料的科技門檻太高，以至于大家對燃料電池在廣袤的大陸國家大規模應用，有點缺乏信心。當然，除非豐田能想出更石破天驚的法子，解除大家對燃料電池安全和成本的戒心。
無數聰明的頭腦和天量科研資金，仍然投入到電池研發中，盡管它的能量密度可憐。
正如我們在高中化學中學到的，大多數物質電子轉移的比例都很低。只有元素周期表的前兩行的輕原子有可能成為好的能量載體。除掉惰性氣體和氮（跟惰性氣體差不多的德性），還有熏死人的氟，只剩下氫（100%），碳（66%），硼（60%），鈹（50%），鋰（33%）——括號里是參加反應的電子比例。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
大家很容易發現，最適合能量載體的仍然是碳和氫。碳氫化合物，不就是我們常用的汽油天然氣一類的燃料嗎？
出于排放考慮的電池，能選用的正負極材料，仍然必須在上述圈子里尋找。在可憐的能量密度提不上去的同時，我們還得操心別的事。
經典派
電池技術已經發展了百余年，早就過了爆發期。對于未來我們必須要有現實態度。支持電池發展的分子物理和化學分支，二戰以后沒有重大理論突破。我們見證了從鉛酸到鎳鎘、從鎳鎘到鎳氫、從鎳氫到現在的鋰離子的可充放電池發展歷程。這期間電池結構沒有什么變化，可預見的未來也不會有。因此，不要想著爆個大新聞。
研究經典電池的大多數機構或者公司，都在正負極材料、電解液、隔膜上做文章。
倒退兩年，正極材料研究是熱點。除了特斯拉熱捧的鈷酸鋰之外，目前的其它鋰電池正極熱點材料，還有三元化合物Li（NiCoMn）O2、磷酸鐵鋰（LiFePO4）。然而由于壓實密度原因，采用這些材料的電池的容量并不如鈷酸鋰電池。為什么人們還要大力研究？
鈷酸鋰電池好是好，只是由于熱失控的問題體積做不大?；谕瑯拥脑?，為追求大電量，需要將眾多鈷酸鋰電池堆疊在一起。精確管理這些小電池，似乎成為控制技術的噩夢。特斯拉將它們劃分成數百個小單元分別控制。但過高的成本讓特斯拉缺乏追隨者。
前幾天在京高調召開發布會的微宏公司，用三元材料作正極，鈦酸鋰作負極，并對電解液和隔膜進行了獨到的設計。公司高層宣稱可以在300攝氏度時不陷入熱失控。
鋰空氣電池
除了還原劑令人頭痛，氧化劑的選擇也沒有什么余地。如果不用過渡金屬，鹵素也顯然不行，那就只能選氧與硫。鋰空氣電池（鋰、氧）與鋰硫電池都有很多人研究，但進展寥寥。除了IBM曾經爆出過大新聞。
IBM旗下的“電池500”項目，致力于使鋰空氣電池商用化。和目前商用的重金屬氧化物作為陰極的鋰電池不同，鋰空氣電池的負極是泡在有機電解液里面的碳棒，反應物則是空氣中的氧氣。
這種反應模式最大的優點是無須自帶陰極氧化物，重量大大減輕，能量密度可以提升10倍，插電式電動車依靠這種電池可以一次行駛800公里，超過傳統動力車。不僅如此，鋰空氣電池也可以不進行充電，直接更換正負極卡盒，算是一種新型的燃料電池。
既然使用空氣，該電池必須設計成開放系統，電極和電解質都暴露在空氣中，這使得人們始終無法維持這兩者的穩定性，被當做陰極的碳棒會與電解質產生各種意料之外的副反應，導致負極迅速劣化。無論“鋅空”到“鋰空”，都被嚴厲地批判過。
日本旭化成公司（AsahiKasei）和中央硝子公司（CentralGlass）在分離膜和電解液方面為該小組提供支持。
該小組嘗試將碳棒換為昂貴的納米金陰極，將陰極反應液換成更不容易參與陰極反應的有機液體。并聲稱獲得“充放電高達數百次而性能下降不明顯”的鋰空氣電池。但距離商用化，仍然有“很長的路要走”。
為了避免負極產生枝晶，即鋰離子在負極表面無序生長，需要加強捕獲鋰離子的手段。微宏公司也聲稱采用“多孔復合碳”作為負極材料，比表面積是傳統石墨的20倍以上，使鋰離子穩定快速地遷移。
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