從電信到交通，過去二十年見證了高效、便攜、環(huán)保電池的發(fā)展。耗電量巨大的移動(dòng)電話線路在很大程度上取代了低壓固定電話線，而電動(dòng)汽車經(jīng)常出現(xiàn)在歐洲道路上—在加速和效率方面都超過了碳?xì)淙剂掀嚒?/p>

電子香煙取代了導(dǎo)致肺癌的煙草產(chǎn)品，因?yàn)殡娮酉銦熥尶諝庵谐錆M了芳香的蒸汽。每一種設(shè)備都需要高密度的可充電電池才能正常工作；無論好壞，鋰離子電池已成為標(biāo)準(zhǔn)；畢竟，鉛酸電池體積龐大、危險(xiǎn)且低效，而鎳鎘電池中的鎘在2005年被歐盟宣布為非法。

鋰離子電池技術(shù)的局限

鋰電池具有非常高的能量密度，這意味著它們可以存儲(chǔ)相當(dāng)大的電量：它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而自行放電，并且它們不需要維護(hù)—因?yàn)樗鼈儧]有內(nèi)存而且電池也不需要定期循環(huán)來延長壽命。

鋰電設(shè)備的未來前景光明，以至于電動(dòng)汽車制造商特斯拉投入約45億歐元來建立第一個(gè)太陽能電池超級(jí)工廠，為公司的ModelS電池生產(chǎn)基于鋰離子的動(dòng)力墻、電池組和電池。世界上最大的鋰離子電池是特斯拉在2017年制造的，完全充電后，可以為多達(dá)3萬戶家庭供電至少一個(gè)小時(shí)。

老化和降解

不可否認(rèn)的是，鋰離子電池會(huì)隨著時(shí)間的推移而失效。陰極會(huì)降解，經(jīng)過大約1000次充電循環(huán)后，高端電池將損失約20％的電量。鋰離子電池即使不使用也會(huì)退化，而且在儲(chǔ)存一年之后，充滿電的電池也會(huì)損失20%的電量；如果他們進(jìn)入“深度放電”狀態(tài)，很可能就不會(huì)再充電了。這種降解主要是由于晶須、樹狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及鍍層表面的生長（統(tǒng)稱為樹枝狀晶體）。

不利環(huán)境影響

雖然歐洲有許多設(shè)施可以收集和處理鋰離子電池，但很少有設(shè)施可以進(jìn)行回收利用的。盡管特斯拉計(jì)劃在其超級(jí)工廠上促進(jìn)電池的回收利用，但目前只能使用第三方合作伙伴來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這是一個(gè)低效的過程。通常，無效的鋰離子電池會(huì)被直接扔進(jìn)垃圾填埋場。

工用大電流鋰離子電池。圖片由Bigstock

不幸的是，開采鋰要比在回收過程中從電池中提取鋰便宜得多——鋰電池回收企業(yè)很少（如果有的話）收支平衡，因此需要國家補(bǔ)貼。雖然從地下開采鋰可能在經(jīng)濟(jì)上是合理的，但卻破壞環(huán)境。鋰礦開采破壞環(huán)境。礦山和制造廠有毒物質(zhì)的泄漏嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)——河流污染、殺死牲畜和魚類，并使原本肥沃的農(nóng)田受到嚴(yán)重污染。

雖然金屬可以從海水或鹽水沉積物中提取，但該過程需要大量的水。智利是世界上最干旱的沙漠，由于水資源有限，立法者正在考慮限制鋰礦開采權(quán)。回收能力的缺乏和越來越多的電池供電產(chǎn)品意味著需求只會(huì)增長，而環(huán)境負(fù)擔(dān)也會(huì)隨之增加。

提高穩(wěn)定性和性能

防止或改善鋰離子電池相關(guān)問題的一種方法是提高其可靠性，確保它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解并且可以無限期使用。

提高電池壽命和整體可靠性

韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究院的研究人員設(shè)計(jì)了一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)有望限制細(xì)胞內(nèi)鋰箔的枝晶生長。這有可能無限期地延長電池壽命，同時(shí)提高電池本身的穩(wěn)定性和性能。該技術(shù)還處于早期階段，涉及用鋰—鋰化鋰—鋰陽極上，從而形成更加均勻的表面，并限制枝晶體形成。該過程尚未在真正的電池中進(jìn)行試驗(yàn)，研究正在進(jìn)行中。另一種可能性是，工業(yè)將完全脫離鋰離子電池和其他稀土電池，從而能夠生產(chǎn)出一種材料簡單、不污染環(huán)境的電池。

OSU的研究人員PaulGilmore和Vishnu-Ba

鉀氧電池

鉀氧電池最初于2013年開發(fā)，其存儲(chǔ)容量是鋰電池的兩倍，效率也比鋰電池高。但是電池每次充電都會(huì)降解，電池的續(xù)航時(shí)間從未超過10次，這使得該技術(shù)無法應(yīng)用到可靠性和壽命要求較高的應(yīng)用上。降解是由于氧氣滲入陽極，導(dǎo)致陽極分解。最近的發(fā)展已經(jīng)看到OSU研究人員將聚合物加入陰極，防止氧氣到達(dá)并破壞陽極。在過去六年中，鉀氧電池的壽命從10個(gè)充電周期躍升至至少125個(gè)。這仍然不如鋰離子電池好，但已經(jīng)取得了進(jìn)步。

如果OSU研究人員能夠?qū)⑩浹蹼姵氐男阅芴岣叩较嗨扑剑敲粹浹蹼姵鼐捅蠕囯x子電池有優(yōu)勢(shì)。否則除了提高電量和效率外，超級(jí)工廠將不需要制造它們。鉀氧電池的成本不到鋰電池的一半，它們不使用任何特殊材料而且它們還可以在任何地方制造。