未來電池：電動車崛起的新基石

隨著電動車日益普及，電池技術(shù)成為極為廣泛和深遠(yuǎn)影響人們生活的新科技之一。傳統(tǒng)鋰離子電池在生產(chǎn)和回收過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題不容忽視，其安全性也面臨挑戰(zhàn)。一場有關(guān)未來電池的競爭正在火熱進行中，越來越多的科研人員和技術(shù)公司開始尋找更高效、更安全、更環(huán)保的新型動力電池。

目前動力電池領(lǐng)域呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢，鈉離子電池、鋰硫電池和固態(tài)電池各具優(yōu)勢。雖然尚無一種電池類型能夠提供完美的解決方案，但業(yè)界共識是：新技術(shù)的競爭和優(yōu)勢互補是動力電池發(fā)展的必經(jīng)之路。未來必有一款或多款新型電池成為電動車崛起的新基石。

鈉離子電池：擁有成本優(yōu)勢

英國電池技術(shù)公司Faradion開發(fā)的鈉離子電池，吸引了全球能源公司的目光，也受到美國《連線》等科技媒體的關(guān)注。Faradion公司首席執(zhí)行官詹姆斯·奎因在接受采訪時表示：“鈉是比鋰更具有可持續(xù)性的電池材料?！?/p>

《連線》指出，鈉在世界各地隨處可見，其提取過程中的耗水量相對于鋰要少得多——提取1噸鋰消耗的水資源是提取1噸鈉的682倍。另外，生產(chǎn)鈉離子電池在材料成本上也更具優(yōu)勢。例如，可以采用成本更低的鋁箔替代生產(chǎn)鋰離子電池所需的銅箔。

澳大利亞迪肯大學(xué)電子材料和腐蝕科學(xué)系主任瑪麗亞·福賽斯表示，從鋰離子電池轉(zhuǎn)向鈉離子電池，生產(chǎn)成本將大幅下降。從電池工業(yè)角度看，現(xiàn)有的鋰離子電池工廠稍加改造，即可轉(zhuǎn)型為鈉離子電池工廠。這意味著相關(guān)廠商能夠迅速擴大鈉離子電池的生產(chǎn)規(guī)模。不僅如此，鈉離子電池還有一個優(yōu)勢——更加安全。它能夠放電至零伏，即完全排空電量，從而在儲存和運輸過程中更加安全。另外，鈉離子電池的易燃性較鋰離子電池低得多，從而成為更安全的能源。

據(jù)英國廣播公司（BBC）報道，中國中科海鈉公司在2019年就推出了100千瓦時的鈉離子儲能站，證明鈉離子電池可用于大規(guī)模儲能。2024年初，該公司與江淮汽車旗下品牌“釔為”聯(lián)合推出鈉電版電動車，目前已向用戶批量交付。

不過，鈉離子電池也有缺點——能量密度相對較低。對于電動車制造商來說，這可能影響車輛的續(xù)航里程。鋰離子電池的能量密度在150—220瓦時/千克之間，而鈉離子電池的能量密度范圍為140—160瓦時/千克。

此外，鈉離子電池在其使用壽命內(nèi)的可充電次數(shù)較少，約為5000次；而鋰離子電池中最耐用的磷酸鐵鋰電池，可充電8000—10000次。

科學(xué)家正在努力攻克難題，以便補齊鈉離子電池的短板。據(jù)BBC報道，中國科學(xué)家和工程師使用不同類型的電極，增加了鈉離子電池使用壽命內(nèi)的可充電次數(shù)——從5000次增加到6000次。

鋰硫電池：續(xù)航達(dá)數(shù)千公里

鋰硫電池作為新一代電池，憑借其獨特的結(jié)構(gòu)和材料，成為可持續(xù)能源領(lǐng)域的一顆“新星”。鋰硫電池在組成上與鋰離子電池相似，但其陰極材料采用了地殼中含量豐富的硫。這種元素在開采過程中所消耗的資源較少，而且它還是天然氣工業(yè)和石油精煉工業(yè)的副產(chǎn)品。

與上文提到的鈉離子電池能量密度較低不同，鋰硫電池的優(yōu)勢是能量密度高——達(dá)到鋰離子電池的9倍，比鈉離子電池更是高出許多。這意味著它能提供更大的功率。

據(jù)韓國《朝鮮日報》報道，理論上，配備鋰硫電池的電動車充電一次，可行駛約4000公里。一些國家的研究人員正致力于尋求鋰硫電池技術(shù)上的新突破。韓國LG能源公司此前成功試飛了一架由鋰硫電池驅(qū)動的無人機。該公司計劃到2027年，批量生產(chǎn)能量密度為鋰離子電池2倍的鋰硫電池。德國電池初創(chuàng)公司Theion也積極探索，將鋰硫電池引入電動車制造業(yè)。

鋰硫電池的短板是充電性能。在充電過程中，硫和鋰的化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生硫化鋰，這不僅會影響電池性能，還可能導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而縮短電池的使用壽命。

此外，如何解決硫的溶解問題也是一個技術(shù)難題。鋰硫電池在放電過程中，硫會溶解在電解液中。這不僅會逐漸減小電池的容量，還可能影響電池的穩(wěn)定性和安全性。

據(jù)《澳大利亞人報》報道，悉尼大學(xué)的一個研究團隊在優(yōu)化鋰硫電池性能方面取得了突破。他們使用經(jīng)過硫和氮處理的碳基電極，有效簡化了相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。這不僅能減少鋰硫電池的能量損失，還能延長電池的使用壽命。

領(lǐng)導(dǎo)該團隊的悉尼大學(xué)電力工程學(xué)教授比爾·詹金斯表示，上述突破性進展有望大幅提升鋰硫電池的性能?！巴ㄟ^改良電極材料并精確控制電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，我們能夠使這種電池的續(xù)航力顯著提升。這意味著未來的電動車充電一次，能行駛數(shù)千公里——那代表著電動車的崛起?！?/p>

固態(tài)電池：安全性極佳

固態(tài)電池以創(chuàng)新的固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)，為電池領(lǐng)域帶來了新的變革。與傳統(tǒng)電解液不同，固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)。相對于鋰離子電池，固態(tài)電池能夠有效防止鋰枝晶（易造成電池“熱失控”，引發(fā)燃燒甚至爆炸）的形成，易燃性極低，因此擁有極佳的安全性。

此外，固態(tài)電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏群透斓某潆娝俣龋@使其成為未來動力電池的有力候選者。

據(jù)美國《科學(xué)》雜志報道，固態(tài)電池的商業(yè)化之路并非一帆風(fēng)順。美國芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院教授雪莉·蒙指出，固態(tài)電池在擴大生產(chǎn)規(guī)模上面臨較大挑戰(zhàn)，且目前其制造成本大幅高于鋰離子電池。

《科學(xué)》雜志指出，固態(tài)電池領(lǐng)域的突破性技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)。例如，美國Solid Power公司基于硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池設(shè)計，已展現(xiàn)出比鋰離子電池高50%—100%的能量密度。該公司計劃到2028年，為80萬輛電動車提供動力。

固態(tài)電池發(fā)展的難點主要在于成本。在提供相同的能量輸出的情況下，固態(tài)電池的成本是鋰離子電池的7—10倍。日本豐田汽車公司正致力于解決固態(tài)電池的降本問題。預(yù)計到2027年，該公司將推出成熟的解決方案。到2030年，固態(tài)電池的成本有望降到與鋰離子電池相當(dāng)?shù)乃健?/p>

編輯：姚志剛" " winter-yao@163.com