五大电池技术，你不可不知的未来趋势！
锂电那些事今日第二条2024年09月03日 星期二
近年来，锂离子电池技术取得了巨大进步，然而依然面临两大核心挑战。
首要问题是安全性，尤其是火灾风险，这一直是锂离子电池的隐忧。随着电池能量密度的持续提高，其在使用过程中可能出现热失控和短路等问题，对用户和环境的潜在威胁也日益凸显。其次，在追求高性能的同时，进一步降低价格、提升对环境的友好性。
因此，下一代电池技术正在蓄势待发。本篇文章中，真锂新媒为读者盘点了五大未来电池的新技术。
01
固态锂离子电池
固态锂离子电池作为一种革新性技术，摒弃了传统设计中对液体或凝胶电解质的依赖，转而采用氧化物晶态固体电解质、硫化物玻璃态电解质、固体聚合物等材料制成的固体电解质。
与锂离子电池相比，固态电池最显著的优点在于其更高的能量密度，能量密度可达液体锂离子电池的三倍。同时，固态电池的不可燃特性大大降低了热失控的风险。此外，在循环寿命方面，此前有哈佛大学团队开发了一种新型固态锂金属电池，在实验室中，该团队的电池原型在生命周期内可循环超过1万次，是普通液态电池循环次数的数倍之多。
然而，固态电池作为一门跨学科技术，其技术门槛极高，涉及材料、界面、工艺、产业链、设备等多个方面。因此，在工程制造和量产方面，固态电池仍面临着较大的挑战。中科院物理所研究员李泓曾直言，目前还没有企业展示综合性能及成本都能与液态锂电池相媲美的大容量固态动力电池。固态电池何时才能走向量产，目前各大企业都在加紧研发。
02
钠离子电池
钠离子电池是一种利用钠离子在正极与负极之间进行的可逆电化学反应来完成充放电过程的新型电池。
相较锂离子电池，钠离子电池在安全性方面表现更为优异，不太容易发生过热或爆炸等情况，且钠资源相对较为充足和廉价，相比锂离子电池具有更大的可持续性。
然而，钠离子也存在一些缺点和挑战。主要问题在于电池能量密度低，其次，钠离子电池的循环寿命相对较短，即充放电周期后性能逐渐下降，影响了其长期使用的稳定性和可靠性。整体而言钠离子电池的技术仍处于早期阶段，需要进一步研究和改进。
03
石墨烯电池
石墨烯电池采用固态材料与石墨烯的混合体作为负极，其中石墨烯由一层排列成蜂窝状结构的碳原子薄层构成。
相较锂离子电池，石墨烯电池具有电阻率更低、充放电倍率更高的特性。这使得电子设备和电动汽车的充电速度更快，电池容量更大，使用寿命更长。据相关实验室数据显示，新型铝-石墨烯电池可在-40℃到120℃环境中工作。在-30℃的环境中，可以实现1000次充放电性能不减，而在100℃的环境中，可实现4.5万次稳定循环。
然而，石墨烯电池最大的问题是成本高昂。传统导电炭黑、石墨按吨销售，而真正的石墨烯材料（非多层石墨）则是按克销售，原材料300万元/吨。这一现状导致目前石墨烯电池还无法批量生产。
04
锂硫电池
锂硫电池采用硫作为电池的负极材料，相较碳作为锂离子电池负极，锂硫电池具有更高的理论能量密度，可达到2600 Wh/kg，这比锂离子电池的能量密度高出约一个数量级。此外，由于锂硫电池的制造过程与锂离子电池相似，还可以复用生产设备进行生产有效降低技术转换与产业升级的门槛。
然而，锂硫电池也面临一些挑战，如硫自身导电性能差、活性物质在充放电过程中的溶解和体积膨胀问题，同时锂硫电池的使用寿命不如锂离子电池长。更关键的是，一旦出现自燃事故，硫元素的燃烧将释放出更多有毒气体。
05
金属空气电池
这是一类基于金属与氧气反应原理，构建的电池体系。目前比较受关注的包括，铝空气电池、铁空气电池、锌空气电池等。
这类电池的特点在于理论能量密度大、对环境友好、安全等特点，例如，锌空气电池的理论能量密度为1360Wh/kg，一旦实现将彻底改变目前以锂元素为主的电池产业格局。
此前有报道称美国一家初创公司Form Energy希望利用铁空气电池提供长达100小时的稳定储能。
也有加拿大的一家实验室曾声称其研发的铝空气电池，仅依靠一块铝板和水，就可以实现2000千公里的续航。
可惜的是，目前这些金属电池项目往往是昙花一现，新闻报道之后往往就没有了下文。这更多地暗示了这种电池路线的超高技术难度，并且其功率密度较低与催化剂成本较高的目前也迟迟未能得到解决。
