中國(guó)粉體網(wǎng)訊 西媒稱,，從美國(guó)內(nèi)華達(dá)州里諾市出發(fā),，車(chē)程大約半小時(shí)，一座奇特的建筑物呈現(xiàn)在眼前，下一個(gè)十年這里很有可能成為決定技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的地方,。它由兩座在沙漠當(dāng)中建造起來(lái)的工廠組成,，看上去和任何美國(guó)郊區(qū)的購(gòu)物中心沒(méi)什么區(qū)別，但表象永遠(yuǎn)是騙人的,。2017年,，這座耗資將近50億美元的建筑將變成世界上最大的電池制造工廠。2020年在達(dá)到全部產(chǎn)能時(shí),，每年可以出產(chǎn)50萬(wàn)塊鋰電池,。
據(jù)西班牙《趣味》月刊5月號(hào)報(bào)道，這就是被稱為Gigafactory 1 的特斯拉首個(gè)超級(jí)電池工廠,。電動(dòng)汽車(chē)制造商特斯拉與日本松下公司合作,，為解決困擾全世界的技術(shù)難題尋找解決方案。鋰電池在問(wèn)世25年后,，雖然在性能上已經(jīng)完善到極致,，但也已經(jīng)再無(wú)進(jìn)步的可能。
報(bào)道稱,，在沒(méi)有其他可行的商業(yè)選擇的情況下，特斯拉公司唯一的出路就是增加電池的產(chǎn)量以滿足電動(dòng)汽車(chē)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,，而且這對(duì)于降低設(shè)備成本也至關(guān)重要,。未來(lái)特斯拉超級(jí)電池工廠的產(chǎn)能將相當(dāng)于2013年全球的電池產(chǎn)量。特斯拉因此可以向市場(chǎng)上推出迄今為止最為經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)汽車(chē),。
未來(lái)電池面臨的五大挑戰(zhàn)
成本,。材料僅僅是關(guān)系到產(chǎn)品最終價(jià)格的其中一個(gè)因素。液態(tài)電解質(zhì)的危險(xiǎn)性對(duì)保存和包裝的要求都非常高,，運(yùn)輸成本因此會(huì)增加,。最安全和穩(wěn)定的電池將可以降低電動(dòng)汽車(chē)的成本，對(duì)電網(wǎng)中可再生能源的工作也是一種補(bǔ)充,。
安全性,。雖然30多年來(lái)電池的效率和可靠性都有很大提高，但它依然是一種危險(xiǎn)的設(shè)備,，如果在充電和放電過(guò)程中沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施,，電池仍然極易燃燒。
數(shù)量,。電池制造的全球產(chǎn)能每年大約為35千兆瓦時(shí),。這一數(shù)字仍無(wú)法滿足電子消費(fèi)品和電動(dòng)汽車(chē)制造商的需求。如果想實(shí)現(xiàn)汽車(chē)工業(yè)園的徹底轉(zhuǎn)型,，以及讓鋰電池在電網(wǎng)中占有更大份額,，就需要讓產(chǎn)量翻番。
可回收。鋰電池在經(jīng)過(guò)成百上千次充電和放電過(guò)程后,，性能上就會(huì)下降,。鋰電池可以回收，但這是一個(gè)昂貴的過(guò)程,，而且需要專(zhuān)業(yè)的勞動(dòng)力,。如果想減少鋰電池對(duì)環(huán)境的危害，未來(lái)的鋰電池開(kāi)發(fā)就必須更多地關(guān)注回收這個(gè)環(huán)節(jié),。
性能,。鋰電池的能量密度很低，接近于每千克150-250瓦時(shí),。為了能真正取代燃料汽車(chē),，鋰電池在存儲(chǔ)能力上就必須提高。
能源是解決電動(dòng)汽車(chē)成本的關(guān)鍵
報(bào)道稱,，最大的問(wèn)題在于電池的存儲(chǔ)能力,。一塊鋰電池的重量能量密度大約為每千克160瓦時(shí)。目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的鋰電池的能量密度可以達(dá)到每千克250瓦時(shí),，但價(jià)格不菲,。作為電動(dòng)汽車(chē)的駕駛者，如果想將來(lái)不再為了電池的續(xù)航能力而焦慮,，就必須把電池的存儲(chǔ)能力至少提高到每千克350瓦時(shí),。如果不行，唯一的選擇就是多準(zhǔn)備電池和增加汽車(chē)重量,，或者提高電池充電的成本和時(shí)間,。
鋰依然是實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍的最有誘惑力的材料。因此,，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室都在集中精力做三件事：提高電池正極材料技術(shù),；提高負(fù)極材料技術(shù)；獲得更有效的電解溶液,，如果可以就使用固態(tài)電解質(zhì),，以便提高電池的安全性和設(shè)備容量。
硅和石墨烯：新的能源點(diǎn)金石
關(guān)于電池正極材料,，最有前途的要屬用硅結(jié)構(gòu)代替石墨,。在充電過(guò)程中每克硅吸收的鋰離子10倍于石墨材料，但問(wèn)題是更大量的吸收就意味著更大量的擴(kuò)散,。斯坦福大學(xué)正在試驗(yàn)使用納米硅結(jié)構(gòu),，這種材料可以受控制的擴(kuò)散，但是距離進(jìn)入商業(yè)化階段仍需要繼續(xù)多年研究,。
另一種選擇是用科學(xué)界一直在談?wù)摰?a href="http://yu-yang.com.cn/zc/161.html" target="_blank" style="color:#0000ff">石墨烯代替石墨作為正極材料,。這種堪稱“奇跡”的材料由純碳組成,。由多層一個(gè)原子厚度組成的石墨烯正極吸收的離子量更大，因此在相同重量下可以制造出雙倍的電池容量,。但是,，這種材料也依然存在一些今天的石墨電池同樣有的難以解決的問(wèn)題。碳對(duì)于充電過(guò)程而言并非一種理想材料,。
負(fù)極材料的更新?lián)Q代則取得了更好的成果,。通過(guò)一些納米材料，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室都實(shí)現(xiàn)了更加有效地縮短離子在正負(fù)極極片之間流動(dòng)的距離,，從而提高充電速度,。
電解質(zhì)：液態(tài)到固態(tài)的跨步
但是未來(lái)電池最大的變革將是創(chuàng)造新的電解溶液。從液態(tài)向固態(tài)電解溶液的跨步將讓電池變得更加安全,。這樣既可以大幅度地提高電池容量,，還可以在更短時(shí)間內(nèi)完成充電。一些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)這種固態(tài)電池,，有的已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)推廣階段,。
巴黎的汽車(chē)租賃公司BlueIndy就提供采用固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)租賃服務(wù)。固態(tài)電池的制造成本仍然昂貴,，而且目前任何一種固態(tài)材料都無(wú)法證明在效率上能優(yōu)于液態(tài)電池,，而且某些固態(tài)材料還受到溫度的限制。
最有發(fā)展前景的一個(gè)研究方向是陶瓷材料,。馬里蘭大學(xué)已經(jīng)研制出了高傳導(dǎo)率的方法,，可以制造出更加輕便和高效的電池。該大學(xué)工程學(xué)教授埃里克·瓦克斯曼指出,，這種材料的電池更加安全，符合現(xiàn)今從燃料汽車(chē)向電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡的市場(chǎng)要求,。馬里蘭大學(xué)的研究項(xiàng)目已經(jīng)吸引了包括美國(guó)航天局在內(nèi)的很多機(jī)構(gòu),。美國(guó)航天局認(rèn)為能夠解決未來(lái)空間任務(wù)中的能量?jī)?chǔ)存問(wèn)題。
容量更大,、充電時(shí)間更短的電池將讓交通運(yùn)輸和消費(fèi)電子產(chǎn)品都經(jīng)歷革命,，但其最大的影響則是在可再生能源領(lǐng)域。隨著光伏和風(fēng)力發(fā)電的成本日益降低,，可再生能源利用在全球日益普及,。
風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能板可以間斷性地產(chǎn)生電力，在電力需求低時(shí)作為電網(wǎng)的補(bǔ)充,。夜間通常是人們的用電高峰,。在這樣的時(shí)段，仍然必須依靠油氣能源或核能作為主要能源的發(fā)電站提供的電力,。能夠高速充電和能量密度更高的電池可以彌補(bǔ)電力系統(tǒng)的缺陷,，在白天儲(chǔ)存電力供人們夜間使用。
