未来将为我们的设备供电的 4 种电池

您想要石头制成的电池吗？我们即将迎来新的电池革命吗？今天这一切。

在世界各地，长期以来一直存在着一场旨在实现所谓绿色能源尽可能最高效率的竞赛。不向大气排放温室气体的可再生能源——这是我们文明的未来，无人再怀疑。这不再只是一个梦想，而是当今的需要。科学家们越来越多地敲响警钟，敦促我们节约能源，尽量高效地使用电器。

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锂离子电池不再那么高效

大多数电池供电或可充电设备，从老式随身听播放器到最新的智能手机或电动汽车，都基于锂离子 (Li-ion) 技术。尽管它们不是非常节能或持久，但它们已在大多数电器和技术设备中使用多年。此外，随着时间的推移，它们的处置成为我们环境生态状况的一个现实问题。

锂离子电池几乎随处可见，因为它们价格便宜且具有高性能。随着这些电池的成本在过去十年中显着下降，它们正成为长期使用的最可行的替代品，仅仅是因为它们的数量很大。如今，这些电池实现了低成本和更高的能量密度，并不是因为技术突破，而是因为对生产方法、工具和效率进行了简单而持久的工程优化。

然而，随着新的发电方法和技术的发展，对有效存储电力的方法的需求不断增长。在小规模上这没有问题——解决方案是各种类型的电池和蓄电池，它们现在已经像电力本身一样成为现实不可或缺的一部分。

它们用于为手机、不同类型的照明供电，曾经需要它们来使用手电筒或转盘，尽管所有这些现在都在我们的智能手机中。但如何储存整个家庭所需的能源呢？事实证明，电池在这种情况下也能派上用场。当然，我们谈论的不是像商店里流行的“手指电池”那样的电池，而是谈论本身就令人兴奋的工程进步的全新设备。

相当长一段时间以来，人们一直在进行研究开发能够在性能、成本和耐用性方面与锂离子电池竞争的新型电池。

其中许多新技术并不是全新的。事实上，它们的工作原理与锂离子电池类似，但使用不同的材料。以下是一些最有趣的技术示例，这些技术可能很快就会彻底改变电力存储领域。

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固态电池

与其他电池不同，这种类型的电池使用固体形式而不是液体或凝胶电解质。这些电解质通常以陶瓷、玻璃、聚合物或亚硫酸盐的形式出现。固态电池效率更高，因为它们在与锂离子电池相同的尺寸下提供更多的能量。它们具有巨大的潜力，特别是在电动汽车动力领域。

固态电池有可能解决现代锂离子电池的上述大部分问题。玻璃固态电池通过使用碱性材料，能量密度可提高三倍 metal (锂、钠或钾)阳极，可增加阴极的能量密度并提供长寿命。固体电解质被认为是不可燃的或至少是抗自燃的。固态电池的不可燃性质还可以降低过热风险，因为这样可以使电池更密集地包装，从而提高设计灵活性和体积密度。

人们对这些电池的最大期望是它们的使用寿命更长。这是当今世界的一大优势。

然而，固态电池目前的技术准备水平较低，基础研究仍在进行中，导致了与高制造成本和可扩展性相关的不确定性和担忧。挑战还在于在与当前制造实践兼容的工艺中引入固体电解质，这不应影响最终产品的耐用性或成本，并进一步增加诸如更好的能量和功率密度、改进的安全性和更高的容量等优点。

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锂硫电池

锂硫（Li-S）电池自 1960 世纪 2000 年代起开始开发和研究，作为一种通过可逆电化学反应进行能量存储的有效装置。尽管锂离子电池（LIB）技术快速发展和商业化，但锂硫电池几十年来面临的关键技术问题尚未取得突破。因此，在3年代，锂硫电池因其低成本和高理论比能量的优势重新获得了开发人员的极大兴趣。这些值几乎是当前锂离子电池性能的倍。低成本和高硫含量（即正极活性材料）使锂硫电池比锂离子电池更具吸引力，因为后者在生产正极时使用钴和镍等关键材料。

在锂硫电池中，阴极（电池中的两个电极之一）将由硫制成。该元素比传统的镍和钴更加平衡。这种电池比锂离子电池更高效。这显然可以延长使用它们的汽车的行驶里程。可以说，这些电池的一大优点是硫是一种廉价且常见的原材料。同时，这些电池的制造工艺与制造锂离子电池的制造工艺非常相似，这意味着可以使用相同的设备和生产设施来生产它们。

这些类型电池的另一个优点是制造它们所需的能量几乎减少了 25%。所有这些特性都可以使锂硫电池的生产变得非常具有成本效益。

开发工作已经在顺利进行中。 Lyten 在这一领域取得了最显着的进展。它已经拥有完整的电池平台LytCell EV。该公司表示，他们的电池比当今的锂离子电池更安全、更便宜，并且可以在本十年中期用于美国制造的批量生产的电动汽车。

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铁空气电池

这种电池的工作原理是利用空气氧化铁的过程。在充电过程中，氧化物质在称为反向氧化的过程中转化回铁。铁空气电池预计在不久的将来会变得普遍，主要是因为它们的能量存储时间比锂离子电池长近 25 倍。

由于铁和空气储量都非常大，这种电池的成本肯定会低得多。据估计，它们的价格可能比现有电池低10倍左右！不幸的是，这种电池有一个主要缺点——由于铁的氧化速度较慢，因此充电需要很长时间。

源自著名的麻省理工学院（MIT）的初创公司Form Energy正在成功开发铁空气电池。据开发商介绍，Form Energy电池比锂电池便宜十倍，而且使用铁，而铁在世界上的用量是巨大的。同时，铁空气电池比锂电池使用寿命更长，而且由于不易燃而更安全。

目前观察到的唯一缺点是这些电池充电速度慢，这使得它们比锂电池不太可行，例如在笔记本电脑或智能手机中。另一方面，它们是国家电网层面储能的绝佳解决方案，可以提供100小时的储能，这比锂电池长达小时的储能时间要长得多。通过这种方式，它们可以促进大型太阳能园区和风电场的整合。

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碎石电池

新型电池的另一个有趣的例子是那些储存热量而不是电力的电池。例如，以色列布伦米勒能源公司正在研究使用岩石等替代材料来储存热能。自 2012 年以来，Brenmiller Energy 一直首先使用碎石来产生热能，然后储存热能。这些技术又可以用于多种目的，例如工业中。

有趣的是，使用碎石来储存能量并不是一个新想法。 NASA拥有许多新技术，自七十年代以来一直在测试热能存储技术。与传统电池不同，以色列公司生产的电池利用能源来生产 steam、热水或热空气。 Brenmiller Energy 表示，其名为 Tempo 的工厂将能够储存高达 35 MWh 的能源，生产高达 14 吨的 steam 每小时。

这对于以色列经济非常重要，高达 45% 的能源相关排放来自工业供热行业。该项目包括更换 steam 以传统化石燃料为燃料的锅炉。

新的现实需要新的解决方案。新型电池的出现将有助于节能领域技术的发展。也许几年后，您的笔记本电脑或智能手机将不再需要每天充电，因为一次充电即可使用一个月甚至一年。此外，新型电池不仅可以节省能源，还有助于保护环境。

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