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后鋰離子電池時代的突破

1910年，愛迪生說，15年內(nèi)，電動汽車的耗電量將超過電燈。愛迪生當(dāng)時也在研究電動汽車電池，希望獲得更高的電力效率。今天，愛迪生的預(yù)測被證明是不準(zhǔn)確的，經(jīng)過100年的發(fā)展，電池仍然是電動汽車無法克服的瓶頸。根據(jù)ConsumerReport.org網(wǎng)站2012年對汽車品牌的調(diào)查，77%的受訪者擔(dān)心電動汽車的續(xù)航里程有限，42%擔(dān)心充電過程中的安全問題，所有這些都與汽車的核心電池有關(guān)。盡管隨著時間的推移，電池技術(shù)的效率已經(jīng)提高了好幾倍，但仍然沒有辦法滿足電動汽車對更高能量密度的需求。在純電動汽車中，前兩種電池是氫燃料動力電池和鋰離子電池。

燃料動力電池在市場上現(xiàn)在在不高不低的數(shù)據(jù)困難的局面,國立臺灣大學(xué)副教授趙旸指出,關(guān)鍵在于鉑催化劑資本過高,操作溫度的質(zhì)子傳導(dǎo)膜結(jié)合低溫(<80c)導(dǎo)致克林頓太多電池性能、燃料氫氣的存儲空間和安全問題三大問題,使燃料動力電池發(fā)展有限公司。在燃料動力電池方面未能找到突破后，所有人都重新使用鋰離子電池。與其他類型的電池相比，鋰離子電池具有更高的體積能量密度。隨著筆、智能手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備的迅速普及，鋰離子電池已經(jīng)成為日常生活中不可缺少的電力來源，甚至成為當(dāng)時電動汽車電池的首選技術(shù)。然而，隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，電池壽命和動力成為電動汽車使用鋰離子電池的最大問題。電動汽車和3C產(chǎn)品的功耗差距太大，要鋰離子電池有更高的容量和效率能力來滿足電動汽車的需求。趙吉陽指出，鋰離子電池具有固有的數(shù)據(jù)約束，其能量密度上升空間非常有限，即使達(dá)到理論上的最大能量密度，仍難以滿足電動汽車在行駛里程上的需求。鋰空氣電池成為未來的明星鋰離子電池要想提高容量，就會出現(xiàn)超重問題。因此，研究人員開始盡量減少傳統(tǒng)組件的比例，比如在鋰離子電池中不發(fā)電的石墨電極。相反，他們用一整片金屬鋰作為陽極。此外，他們用極輕的多孔碳材料代替了陰極中的重金屬催化劑。這就是現(xiàn)在備受關(guān)注的技術(shù)鋰空氣電池。

根據(jù)IBM的電池500，今天的鋰離子電池可以讓一輛電動汽車充滿電行駛大約100英里，這關(guān)于一個普通的家庭來說已經(jīng)足夠了，但是關(guān)于長途旅行仍然要顯著的里程改進(jìn)。因此，IBM從2009年開始研究鋰空氣電池，希望能將目前鋰離子電池的能量密度(約100-200Wh/Kg)提高10倍，使電動汽車一次充電至少能行駛500英里(約800公里)。在能量密度方面，鋰空氣電池是汽油電池的最佳替代品。因此，鋰空氣電池已成為電動汽車電池的未來之星。鋰空氣電池的發(fā)電原理是鋰電子和鋰離子在陽極氧化攻擊,電子電源外部電路,并通過電解質(zhì)鋰離子電池內(nèi)部傳導(dǎo)到陰極,并恢復(fù)空氣中的氧分子和外部電子流動反應(yīng),構(gòu)成良好的電化學(xué)反應(yīng),然后攻擊強(qiáng)度。由于空氣無處不在，鋰空氣電池可以被制造得更輕、更小，而不必?fù)?dān)心燃料存儲空間。美國和日本的做法有很大的不同，根據(jù)不同的國情，對鋰空氣電池的充電也有不同的研究。例如，在美國，土地面積很大，換電站或充電站相距太遠(yuǎn)，無法方便地充電，因此IBM的討論集中在如何制造二次電池上。