麻省理工:有40年历史的锂电池为什么还没被淘汰?

新浪科技 综合报道

《麻省理工科技评论》(MIT Technology Review)日前发表文章称,时至今日我们还没有使用上比已有40年历史的锂离子电池更优秀能量存储设备,是因为开发新型电池不仅面临众多技术挑战,还需要大量的资金支持。

今年早些时候,美国能源部替代能源高级研究项目(以下简称“ARPA-E”)负责人埃伦˙威廉姆斯(Ellen Williams)在一夜之间就登上了各大媒体的新闻头条。原因是她在接受英国《卫报》采访时称:“我们在电池领域取得了重大突破。”

麻省理工:有40年历史的锂电池为什么还没被淘汰?

虽然ARPA-E支持的75个以上的能量存储方面的研究项目已经取得了一些令人满意的成果,但是在生产体积小、成本低的能量存储设备方面,仍未取得突破性进展。

许多初创公司都接近于生产出一种集经济、安全、小巧和高能量密度于一体的能量存储设备,且能够保障其成本低于100美元每千瓦时。但是,如果把能量存储设备的价格控制在100美元每千瓦时以下,必然会引发电偶腐蚀效应(galvanic effect)。

电偶腐蚀效应是指由于腐蚀电位的不同,造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀。要克服该问题,就需要利用可在生能源。虽然太阳能和风能这些可再生能源能使电动汽车变得更轻,成本更低,但这些能源只有在阳光普照或狂风肆虐时才可能拥有。

但是,这种新型电池的商业化速度远跟不上当前从化石燃料向可再生能源的转移速度。即使对这些新能源技术充满信心的特斯拉CEO埃隆˙马斯克(Elon Musk)也不得不承认,当前汽车制造商在改进锂电池方面并未取得太大进展。

事实上,许多研究人员都认为,能源存储要得到实质性进展,必须要采用一种全新的化学过程和物理外形。也只有这样,才能超越锂离子电池过去十年中在消费电子产品、电动汽车和网络级存储系统等领域所取得的成就。

今年5月,美国能源部举办了一个主题为“超越锂离子电池”的研讨会。事实上,这已经是第九届了,旨在讨论开发新能源存储设备所面临的技术挑战。

从麻省理工学院分离出来的SolidEnergy Systems公司创始人胡启超(音译,Qichao Hu)已经研制出了一种新型的锂金属电池。这种新型电池显著提高了电池设备的能量密度,远超当前电池的能量密度。

他说:“在长达十几年的新电池系统研发过程中,其所遇到的最主要的障碍是:如何把一个想法转变为产品。这对于电池来说更是难上加难,因为你提高了某一方面的性能,就可能影响另一个方面的性能。因此,必须要进行权衡。”

此外,能量存储研究还面临多重性(multiplicity)问题:目前有很多电池技术,从泡沫电池到流体电池,再到化学电池。在这些电池技术中,目前还没有一个明确的赢家。这就导致了研究的分散性和不确定性。

研究机构Lux Research数据显示,在过去的8年间,研究下一代新型电池的创业公司平均只获得了4000万美元的资金支持。相比之下,特斯拉将会对其生产锂离子电池的Giga工厂投资约50亿美元。何种巨大的投资鸿沟是很难克服的。

加州大学伯克利分校材料学教授戈尔德˙西德(Gerd Ceder)称:“建立一套完成的小型生产线大概需要投入5亿美元。汽车制造商们在做出购买决定之前,可能要对新的电池系统测试几年时间。因此,如果你的公司每年只能获得500万美元的资金支持,你几乎不可能投资5亿美元来建厂生产新电池。”

即使新型电池厂商最终能够将这种新型技术推向市场,接下来也将面临扩大生产和寻找买家等难题。之前的Leyden Energy和A123 Systems就是如此,虽然有了新技术,但还是由于资金不足、需求未达到预期而失败。还有两家创业公司Seeo和Sakti3,在量产之前就被低价收购了。

与此同时,全球三大电池制造商三星、LG和松下也都调整了战略,对新技术电池的投资兴趣越来越淡,而是倾向于对其当前产品进行改善。另外,这些新型电池创业公司还面临一个他们不愿提及的问题:在20世纪70年代开发的锂离子电池一直在不断完善。

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