【太平洋汽車網(wǎng) 文化頻道/技術(shù)頻道】鋼鐵俠伊隆·馬斯克于本周三發(fā)布了特斯拉新型鋰離子電池，新配方電池真的能引領(lǐng)整個(gè)新能源汽車工業(yè)往更加正確的方向前行嗎？

　　先不下結(jié)論，不如先跨越世紀(jì)看看電池的昨天和今天，我們再來討論電池的明天。

　　“Electric Battery”的中文翻譯“電池”二字可謂精髓至極，將“電”放進(jìn)一個(gè)“池子”里面儲藏著，用的時(shí)候再放出來。

　　這讓筆者不禁想起歷史上最古老的電池——雷神索爾那把據(jù)稱有19.2公斤重的“雷神之錘”……

　　公元1世紀(jì)，斯堪的納維亞半島上的居民們因敬畏上天（天氣現(xiàn)象）編了一堆神話，口口相傳就成了北歐神話體系，其中主神奧丁最強(qiáng)大的兒子索爾司掌雷電與戰(zhàn)爭。星期四的英文“Thursday”正是源于索爾“Thor”之名，所以筆者建議充電樁企業(yè)可以在每周四弄個(gè)5折的“索爾充電日”。

　　雖說中世紀(jì)之后基督教入侵北歐并把北歐神話作品當(dāng)異端邪說鏟除清光，但手握雷神之錘擊殺巨人的雷神形象依然在美國好萊塢的幫助下保存了下來。

　　這幅《Thor's Fight with the Giants》油畫創(chuàng)作于1872年，作者是瑞典藝術(shù)家馬騰·埃斯基爾·文奇(Marten Eskil Winge)，現(xiàn)藏于斯德哥爾摩國家博物館。

特斯拉品牌的T來自Tesla之名，形似雷錘

　　實(shí)際上，同時(shí)期的中國也有同類型的神話傳說，筆者三年前在“皆電GeekNEV”開刊詞《愿我們成為富蘭克林的風(fēng)箏》中曾提到過秦漢時(shí)期的“電公雷母”概念。

　　以上的東西方典例均是神學(xué)范疇的內(nèi)容，但古代人類真的完全不懂電與電池為何物嗎？

　　恐怕是了。

　　下面有個(gè)不太靠譜的例子：

　　1936年，伊拉克鐵路工人在首都郊區(qū)挖掘到一組“巴格達(dá)電池”（Baghdad Battery），德國考古學(xué)家卡維尼格對外宣稱：“這些出土的銅管、鐵棒和陶器是一個(gè)古代化學(xué)電池，只要向陶瓶內(nèi)倒入一些酸或堿性水，便可以發(fā)出電來。”

　　見到這顆巴格達(dá)電池時(shí)，筆者的第一反應(yīng)就是：又是一枚“歐帕茲”（Out Of Place ARTifactS），這跟我們國內(nèi)“上周”剛建好的“西周”古跡沒什么區(qū)別……

　　別扯了，入正史。

　　人類歷史上第一個(gè)關(guān)于“電”的記錄，在公元前6世紀(jì)前后，古希臘哲學(xué)家泰勒斯發(fā)現(xiàn)摩擦后的琥珀可以吸起絨毛和木屑，遍認(rèn)為這些死物內(nèi)部其實(shí)有生命靈魂的，只是肉眼看不見而已。

　　連小學(xué)《自然》課都沒上過的大哲學(xué)家泰老師不知道，其實(shí)是靜止的電荷在物體內(nèi)部積聚，一旦打破舒適區(qū)它們就要就炸毛。

　　人類又過了整整20個(gè)世紀(jì)，才勉強(qiáng)打開了電磁學(xué)的大門，然而此時(shí)愚鈍的人類根本無法將電儲藏起來挪為己用。

　　直至17世紀(jì)，荷蘭萊頓大學(xué)（Leiden University）的彼得·范·穆森布羅克教授（Prof. Pieter van Musschenbroek）發(fā)明了萊頓瓶（Leyden jar），人類第一次捕捉到了電。

　　穆森布羅克教授高興得像個(gè)200斤的大孩子，就像第一次學(xué)會用精靈球的小朋友。4個(gè)世紀(jì)之后，萊頓大學(xué)依然拿著這個(gè)典故來招生……

　　電是抓住了，但如何源源不斷地捕捉/生產(chǎn)電呢？這個(gè)問題要到18世紀(jì)中葉才能回答，答題者是美國開國大神本杰明·富蘭克林（Benjamin Franklin），他從蒼天哪里取得了雷電，從暴君那里取得了民權(quán)。

　　光榮的富蘭克林院士并未完成18世紀(jì)的電學(xué)成就，意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏打（Alessandro Volta）在這個(gè)世紀(jì)最后一年造出了中國高中生最討厭的“伏打電堆”，成為了世界上第一組化學(xué)電源——“巴格達(dá)電池”不靠譜，別信。

　　為致敬伏打老師對電學(xué)的貢獻(xiàn)，電壓單位便成了Volta。

　　隨著19世紀(jì)初發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)相繼發(fā)明，電學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新的紀(jì)元。準(zhǔn)確來說，19世紀(jì)是屬于電池的第一個(gè)光輝世紀(jì)。

　　1802年：Dr. William Cruikshank設(shè)計(jì)了第一個(gè)便于生產(chǎn)制造的電池。

　　1836年：英國化學(xué)家John Frederic Daniell為提供穩(wěn)定的放電電流對電池做了改進(jìn)，此時(shí)電壓終于提升到1V以上。

　　1859年：法國物理學(xué)家Gaston Planté發(fā)明了鉛酸二次電池，這是一款偉大的化學(xué)電源，足足12V電壓，可重復(fù)充電循環(huán)使用，一直玩到了21世紀(jì)，當(dāng)前年銷量超過半個(gè)億。

　　1868年：George Leclanché開發(fā)出使用電解液的電池。

　　1881年：J.A.Thiebaut取得干電池專利.。

　　1888年：Dr. Gassner開發(fā)出第一個(gè)干電池，1896年美國開始量產(chǎn)干電池，如今中國年產(chǎn)干電池?cái)?shù)量超過1000億個(gè)。

　　1890年：Thomas Edison發(fā)明可充電的鐵鎳電池。

　　1896年：D型電池誕生，這也是我們越來越少用到的1號電池。

　　1899年：瑞典發(fā)明家Waldmar Jungner發(fā)明了鎳鎘電池。

　　電池與車輛的結(jié)合，在19世紀(jì)中頁開始，20世紀(jì)前頁達(dá)到頂峰。從郭睿同事編撰的《電動(dòng)車坎坷發(fā)展史》（上圖）上可知，1900年在美國上牌的汽車當(dāng)中，電動(dòng)汽車占比38%，是汽油汽車的將近2倍。

　　然而，汽油內(nèi)燃機(jī)的快速崛起，讓初期發(fā)展的電動(dòng)汽車完全沒有了競爭力。隨著石油提煉技術(shù)的提升、油站建設(shè)的鋪開，一個(gè)中心化的汽車補(bǔ)能網(wǎng)絡(luò)建立而成。

　　由于電池儲能能力的孱弱，只有數(shù)十公里的電動(dòng)汽車縱使擁有尼古拉·特斯拉這種遠(yuǎn)程輸電大神打造的去中心化補(bǔ)能網(wǎng)絡(luò)助力（如上圖文章），也無力回天。

　　20世紀(jì)的電池研發(fā)史，奠定了今天全球電池技術(shù)的大綱。

　　20世紀(jì)前半段，電燈終于點(diǎn)亮了這顆星球更多的黑暗部分，然而電池技術(shù)依然在黑暗時(shí)期，鉛蓄電池運(yùn)用在各行各業(yè)（包括汽車12V電源），可充電的鐵鎳電池與不可充電的堿性電池相繼量產(chǎn)，但性能極弱。有趣的是，那個(gè)年代使用電池最多的器械居然也是在黑暗中度過的——潛水艇。

　　著名的德國U型潛艇橫跨了第一次和第二次世界大戰(zhàn)，那時(shí)候沒有核反應(yīng)堆，潛艇水下航行速度很慢、續(xù)航很短，那是因?yàn)闆]有氧氣供柴油機(jī)工作時(shí)就只能使用電池提供能源。

　　極為孱弱的電池能量密度，很好地解釋了兩件事：

　　1、為什么U型潛艇需要裝一門甲板炮？ → 缺電是常態(tài)，在水上航行是常態(tài)，這時(shí)候甲板炮最好用。

　　2、為什么U型潛艇如此怕驅(qū)逐艦？ → 電壓太低、電流太弱，只有幾節(jié)航速的水下潛艇就是深水炸彈的活靶子。

　　在中國抗戰(zhàn)時(shí)期，軍用電臺主要使用兩種電池：一次電池（干電池）能用10天左右，但我們很難獲得；二次電池（濕電池）可以用1年左右，可以使用手搖式（下圖）或者腳踏式發(fā)電機(jī)進(jìn)行循環(huán)充電。

我方電臺

日方電池

　　隨著二戰(zhàn)后的第三次科技革命，人類對儲電系統(tǒng)的依賴越發(fā)嚴(yán)重，然而電池的性能依然難以支撐我們的需求。

　　不是人類太懶，而是能試的材質(zhì)和方式基本都試過了，就是造不出一顆既安全又高儲量的電池。下方截屏是目前全球科學(xué)家試驗(yàn)過的電池種類：

　　第一次讓“便攜”一詞成為現(xiàn)實(shí)的是“大哥大”。

　　東西南北中，發(fā)財(cái)?shù)綇V東。80年代末，一斤重的移動(dòng)電話進(jìn)入香港與廣州市場，2萬多一臺的價(jià)格，充電10小時(shí)只能撐30分鐘，電池記憶效應(yīng)強(qiáng)，得配一個(gè)放電器放空了再充，最好每月進(jìn)行一次深度充放電。

　　這種巨型的電池就是鎳鎘電池，可循環(huán)1100次（實(shí)際用起來差遠(yuǎn)了）。

　　然而并不要認(rèn)為這款最終因?yàn)榘踩珕栴}被批量召回的電池是最失敗的電池作品，因?yàn)槭澜缟媳人〉碾姵赜凶阕銛?shù)億種。

　　移動(dòng)電話的電池從鎳鎘到鎳氫，再到鋰離子電池，這條路走了30多年，每一步都非常不容易，特別是邁入鋰離子電池這一步，消耗掉了人類極多的運(yùn)氣（筆者認(rèn)為比解決古巴導(dǎo)彈危機(jī)還好運(yùn)）。作為參考，單單索尼一家，在1986年-1991年間研究鋰離子電池期間使用過的正極、負(fù)極、電解液組合達(dá)到1億種以上……

　　用清華大學(xué)汽車工程系博士 @張抗抗 先生的話來說就是：鋰電池的發(fā)明并不是人類科技樹的必然結(jié)果，而是一項(xiàng)奇跡。

　　我們今天能用著刷著智能手機(jī)、聽著真無線耳機(jī)、吃著電動(dòng)車送來的外賣宅家度日，還得感謝三位2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主——邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆（Michael Stanley Whittingham）、約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough）、吉野彰（Akira Yoshino）。

　　邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆（Michael Stanley Whittingham）從第一次石油危機(jī)（20世紀(jì)70年代）開始投入電池科技研發(fā)，他指明了“鋰嵌入”技術(shù)路線，提升了充放電反應(yīng)的可逆性，提升了安全性，是給我們帶來宅家福利的“鋰電之父”。

　　今年98歲高齡的“足夠好先生”——約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough），其實(shí)從54歲才開始研發(fā)電池。古迪納夫博士是鋰電池領(lǐng)域最大的功臣，三大鋰電池正極材料（鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰）都是他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)找出來的，其中鈷酸鋰誕生在1980年，使用石墨為陽極并解決了“鋰枝晶”現(xiàn)象。

　　因?yàn)殁捤徜嚪桨高^于前沿，在當(dāng)年堪稱癡人說夢（連古迪納夫博士的母校牛津大學(xué)都不理他了）。這世界只有瘋子會欣賞瘋子，而這個(gè)投錢的“瘋子”是日本索尼。在剛剛提到的一億種方案中，索尼找出了第一種可量產(chǎn)化的鋰離子電池方案，并在1991年將其投入市場。

　　古迪納夫博士 × 索尼 = 宇宙最強(qiáng)大腦

　　不接受反駁，因?yàn)楫?dāng)今遍布全球各產(chǎn)業(yè)的鋰離子電池運(yùn)用就是從這里開始的，而在鋰離子電池之前，沒有任何一款電池可以同時(shí)做到：

　　1、工作電壓高

　　2、體積小重量低

　　3、無記憶效應(yīng)

　　4、自放電少

　　5、能量密度高

　　6、循環(huán)壽命較長

　　可以說，古迪納夫博士的鋰離子電池技術(shù)塑造了現(xiàn)代人的生活方式。

　　吉野彰（Akira Yoshino）也是神人一位，吉野教授在1983年開發(fā)出鋰離子電池原型，最終確立了現(xiàn)代鋰離子電池基本框架的。這位日本老頭子喜歡去風(fēng)俗店，在25年前就跟媽媽?？湎潞？谡f他會拿到諾貝爾獎(jiǎng)的。

　　都說“男人的嘴，騙鬼的人”，然而他真的拿到了諾獎(jiǎng)……

　　在鋰離子電池上市前一年，日后的死對頭鎳氫電池正式上市，這也是我們平常用得最多的充電電池（下圖“愛老婆電池”）。

　　鎳氫電池研發(fā)時(shí)間長達(dá)20年，德國戴姆勒-奔馳和大眾都有投資，豐田普銳斯則是最喜歡用鎳氫電池的新能源車，淺充淺放可以隨便玩10年以上。

　　80年代出生的朋友們應(yīng)該對日本便攜式CD機(jī)和MD機(jī)很熟悉。在蘋果iPod問世之前，這兩款轉(zhuǎn)盤式便攜播放器在我們這代人當(dāng)中很受熱捧，這批機(jī)子多數(shù)用的都是鎳氫電池，日本廠商喜歡稱之為“水素電池”。

　　為什么鎳氫電池占領(lǐng)電動(dòng)汽車市場？還是因?yàn)槟芰棵芏鹊膯栴}。

筆者還有一堆香口膠電池

　　鋰離子電池的能量密度足夠高，在安全性趨向于穩(wěn)定之后，戴爾率先在筆記本電腦上使用了鋰離子電池。2012年上市的特斯拉Model S，就是用7000多節(jié)筆記本鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的，如此變態(tài)的封裝技術(shù)和電控技巧，膝蓋獻(xiàn)上。

目前的鋰離子電池并不甚穩(wěn)定

　　不過，鋰離子電池生產(chǎn)大國目前并不是美國。早在2004年，中國鋰電池行業(yè)就已崛起，待至2008年終于形成中/日/韓三分天下的行業(yè)大局，這個(gè)態(tài)勢一直維持到現(xiàn)在。

　　正因?yàn)橛辛顺墒斓匿囯x子電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)，電動(dòng)汽車在21世紀(jì)重新迎來了新生。大家可以點(diǎn)擊下方郭睿同事的文章《電動(dòng)車坎坷發(fā)展史（下）》進(jìn)行更深度的了解。

　　目前鋰離子電池行業(yè)主要有以下幾種解決方案：

　　1、三元鋰（鎳鈷錳酸鋰Li[Ni-Co-Mn]O₂或NCM）：當(dāng)今動(dòng)力電池行業(yè)用得最多的方案，其中用于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Co鈷，用量已經(jīng)大幅下降（最低可以到1%左右），能量密度大增的NCM811高鎳電池將成為主流，但安全性有待考驗(yàn)。

　　2、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）：比亞迪最愛的“鐵電池”（目前進(jìn)化成“刀片電池”），成本低，安全性好，壽命長，能量密度低。

　　3、鈷酸鋰（LiCoO₂）：智能手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)最愛，能量密度高（能量型電池），壽命短，熱穩(wěn)定性差，比功率低。反正手機(jī)不會像車一樣用足10年，滿足大容量輕重量就行。

　　4、錳酸鋰（LiMn₂O₄）：用在電動(dòng)工具、醫(yī)療器械、電動(dòng)汽車、混動(dòng)汽車之上，功率大，能量密度中等。

　　5、鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO₂或稱NCA）：運(yùn)用在工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療器械、電動(dòng)汽車（特斯拉等），類似鈷酸鋰，能量密度高（能量型電池），可以做到低鈷。

　　6、鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）：負(fù)極使用鈦酸鋰，運(yùn)用于UPS、便攜工具、電動(dòng)汽車（三菱iMiEV、飛度EV等），壽命長，充電快，能量密度最低，價(jià)格高，卻是最安全的鋰離子電池。

　　電池技術(shù)瓶頸真的無法突破嗎？

　　跨越式發(fā)展暫時(shí)是沒有的，不針對中國，而是全球電池研發(fā)與生產(chǎn)均沒辦法進(jìn)行質(zhì)變式的突破，如果你看到有新聞?wù)f“充電速度縮減90%”、“能量密度增加200%”之類的新聞，99%是假的。

　　很難嗎？很難，因?yàn)橐粔K簡單的電芯（基礎(chǔ)元件）需要受到多達(dá)6個(gè)維度的因素制約：循環(huán)壽命、功率密度、能量密度、工作溫度區(qū)間、安全、成本。

　　6個(gè)維度的表現(xiàn)，就像是游戲里的“技能樹”，我們手中只有有限的技能點(diǎn)，不能讓所有維度的表現(xiàn)都全優(yōu)，除非你愿意用200萬成本打造一臺15萬家用車的電池組，以做慈善的方式促進(jìn)我國新能源事業(yè)發(fā)展。

　　根據(jù)J.D.Power發(fā)布的《2020中國新能源汽車體驗(yàn)研究SM（NEVXI）》，中國電動(dòng)汽車用戶的續(xù)航期望值是554.4km，目前市面上的電動(dòng)汽車平均值是366.1km。理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。

　　A、電池能量密度太低（續(xù)航差）

　　B、電池安全性不佳（總是燒）

　　C、充電時(shí)間過長（礙事）

　　D、電池價(jià)格過高（車價(jià)高）

　　四座大山立在電動(dòng)汽車消費(fèi)者面前，跨不過去，就永遠(yuǎn)無法完全替代使用汽柴油燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車，即使我們有再大的愿景和決心。

　　電池的未來是怎樣的？實(shí)話實(shí)說，沒人知道，即使像古迪納夫博士這種用“上帝視角”看人類的大神也無法直接回答。

　　下面有數(shù)種技術(shù)路線，大家多少也聽過一些：

　　前兩年，石墨烯概念炒得比綠水鬼還火，各種真假新聞充斥網(wǎng)路。實(shí)際上，石墨烯并不能像那些媒體人說的那樣大大增加電池能量密度，它只是相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器，在理論上可以提升充放電速率而已。

　　但石墨烯真的是一個(gè)徹底的騙局嗎？也不全是。

　　相比于在鋰離子電池中的運(yùn)用，石墨烯更有希望在超級電容中使用，其堪稱變態(tài)的充放電效率可以讓充放電成為一種享受。

　　問題是，超級電容器的能量密度只有鋰離子電池的1/10左右，所以使用超級電容器充當(dāng)動(dòng)力電池部分的電動(dòng)汽車只有極短的續(xù)航，當(dāng)一下園區(qū)內(nèi)的接駁巴士還成。

　　發(fā)布無鈷電池概念（非磷酸鐵鋰）的“蜂巢能源”，前身是長城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部，自2012年起開展電芯研制，2018年2月獨(dú)立，總部在江蘇無錫。上一年7月，蜂巢能源發(fā)布了無鈷電池和四元電池的“概念”。為什么說是概念呢？因?yàn)橹两襁€沒有更多消息露出。

　　因?yàn)榈厍蛏咸矫鞯拟挾鄶?shù)都在剛果（金），最瘋狂的時(shí)候從20萬一噸漲到60萬，低鈷或者無鈷才是出路。

　　據(jù)蜂巢能源介紹，無鈷材料性能可以達(dá)到NCM811同等水平，材料成本降低5~15%，相應(yīng)帶來的電芯BOM成本可以降低約5%，且會讓材料不受戰(zhàn)略資源影響。

　　蜂巢能源稱這款產(chǎn)品研發(fā)過程進(jìn)展順利，年底前將完成材料開發(fā)，2020年3月完成材料體系的進(jìn)一步優(yōu)化，2020年8月體系定型，2021年11月將實(shí)現(xiàn)無鈷電芯的SOP。

　　鈷可以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，鎳則提升容量，集中力量開發(fā)高鎳化動(dòng)力電池已經(jīng)成為行業(yè)共識，但是更高的能量密度也伴隨著更活潑的化學(xué)性能，安全性能是整個(gè)行業(yè)必須要正視的問題。

　　在此背景上，蜂巢能源開發(fā)出四元正極材料，并基于該材料發(fā)布了全球首款四元材料電芯，其循環(huán)性能優(yōu)于目前市場上常見的NCM811材料，可以做到容量更高、壽命更長、安全性更好。

　　據(jù)悉，四元材料電芯項(xiàng)目于2018年9月立項(xiàng)，將在2019年底前完成材料開發(fā)，預(yù)計(jì)將于2020年12月實(shí)現(xiàn)材料SOP，將在2022年11月實(shí)現(xiàn)基于四元材料的電芯SOP。

　　全固態(tài)電池就是電芯里面沒有流體（液體/氣體）的電池。因?yàn)閮?nèi)部全面采用固體結(jié)構(gòu)，同樣容量下的全固態(tài)電池比目前里頭包著電池液的鋰離子電池要更加輕薄，這意味著全固態(tài)電池的能量密度遠(yuǎn)高于一般鋰離子電池了。

　　目前在一些實(shí)驗(yàn)室中，研究人員已經(jīng)試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。一旦大批量生產(chǎn)，只要平均價(jià)格能下去，電動(dòng)車的續(xù)航能力將有望突破1000km，這可是柴油車才有可能挑戰(zhàn)的大限。

　　再往更高處想一下，足夠輕、足夠大容量的全固態(tài)電池低價(jià)鋪貨之后，電動(dòng)飛機(jī)是不是要成為現(xiàn)實(shí)了呢？

　　更重要的是，全固態(tài)電池接下來還有望進(jìn)化成柔性電池，可以適應(yīng)未來可穿戴設(shè)備的電池需求。誰家先突破，誰家就要先賺翻。

　　只不過，固態(tài)電池有一個(gè)很大的問題，那就是很難實(shí)現(xiàn)快充。這是物理短板，基本無法突破的。

　　古迪納夫博士研發(fā)了當(dāng)今鋰離子電池領(lǐng)域的三大正極材料，目前業(yè)界的負(fù)極材料多用碳素材料（好消息是中國石墨儲量占全球70%），非碳負(fù)極材料則有四大系列，包括硅基材料。

　　硅的理論容量超過石墨10倍以上，造成電池的話有望提升大約50%的能量密度。

　　此前的學(xué)者都不知道硅那么好用嗎？都知道，只是解決不了硅基材料體積膨脹的問題。

　　石墨與硅的充放電機(jī)理不同，石墨是鋰的嵌入和脫嵌，硅則是合金化反應(yīng)，硅的脫嵌鋰反應(yīng)會令其體積膨脹3倍，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞之后，就沒后文了。

　　此前特斯拉曾經(jīng)放風(fēng)要發(fā)布一款基于硅納米線負(fù)極打造的電池，業(yè)界先鋒企業(yè)Amprius利用微小的碳納米線（A4紙厚度的1/1000）儲藏鋰，硅納米線與鋰結(jié)合之后不會破裂。

　　鋰離子電池首次充電時(shí)會形成SEI膜（固體電解質(zhì)界面），消耗掉大量來自電極材料的鋰離子，雖然降低了內(nèi)部短路風(fēng)險(xiǎn)、防止溶劑分子的共嵌入（提升循環(huán)壽命），但也因此降低了總?cè)萘?。為此，我們可以通過預(yù)鋰化對電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，抵消SEI膜的鋰離子消耗，從而提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?/p>

　　用人話來說就是：茄子太吸油，所以我們炒茄子時(shí)多放油……

　　預(yù)鋰化技術(shù)有很多個(gè)方向，其中正極補(bǔ)鋰可以使用富鋰化合物、二元鋰化合物等等，負(fù)極補(bǔ)鋰可以使用鋰箔補(bǔ)鋰、硅化鋰粉等等，在此不作展開。

　　2015年，鋁離子電池領(lǐng)域突發(fā)一個(gè)新聞，斯坦福大學(xué)和湖南大學(xué)的幾位教授在《自然》上發(fā)表了一篇?jiǎng)?chuàng)新性鋁離子電池的研究報(bào)告，聲稱鋁離子電池有潛力做到充電1小時(shí)（超充）、用電3-4天（高容量）。

　　很明顯，這只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的雛形，距離成品還有一個(gè)跟斗云的距離。5年過去了，沒后續(xù)，暫時(shí)別想了。

　　氯離子電池、氟離子電池、鈉離子電池……

　　電池的研發(fā)過程就是在元素周期表大海撈針的過程，全球研發(fā)人員對此的試驗(yàn)次數(shù)以“億次”為基本單位。

　　此外，無極耳設(shè)計(jì)（剛剛發(fā)布，如下圖）、CTP設(shè)計(jì)（比亞迪刀片電池）、4680電芯（算是特斯拉的CTP技術(shù)）

　　隨著電池的不斷進(jìn)化，極度追求輕量化的無人機(jī)成為了現(xiàn)實(shí)，鋰電池潛艇成為了現(xiàn)實(shí)（日本已有下水案例），伊隆·馬斯克也曾表示：一旦電池能量密度達(dá)到400Wh/kg的時(shí)候，電動(dòng)飛機(jī)將成為可能。

　　筆者認(rèn)為，化石能源將在核聚變發(fā)電技術(shù)商用化之后變得無足輕重，人類接下來面臨的問題不再是能源短缺，而是如何儲藏取之不盡用之不竭的電能。

　　答案依然是——偉大的電池！

　　核電站不是說開就開、說停就停，功率也不能隨著實(shí)際用電負(fù)荷進(jìn)行快速反應(yīng)，因此除了陪火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰之外，還可以在核電站選址時(shí)就找到一個(gè)高于核電站的上水庫來儲能。

　　抽水儲能可以說是大容量電能儲藏的最古典打法了。多余的電能用于抽“下水庫”的水到“上水庫”，將電能變?yōu)橹亓菽軆Σ?，需要用電時(shí)倒流發(fā)電，這或許是地球上最大的“電池”了。

　　飛輪儲能的構(gòu)想誕生得很早，但材料科學(xué)大躍進(jìn)之后的20世紀(jì)才有真正的發(fā)展，NASA在60年代開始將飛輪儲能機(jī)構(gòu)用作儲電系統(tǒng)安裝在衛(wèi)星之上。

　　飛輪儲能的原理也足夠簡單，就是在電力富余的時(shí)候用電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成飛輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，反之既是發(fā)電過程。

飛輪儲能占地小，能量密度大，功率密度大，但持續(xù)時(shí)間太短了，用作UPS、賽車動(dòng)力系統(tǒng)臨時(shí)儲電還差不多，此外還可以給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰（風(fēng)力發(fā)電組+內(nèi)燃機(jī)組+飛輪儲能），要用作長時(shí)間電能輸出那是不合理的。

　　電力富余時(shí)，用電將空氣壓縮儲藏在儲氣罐、儲氣室、洞穴當(dāng)中，用電時(shí)釋放出來進(jìn)入燃燒室，配合燃料驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。

　　壓縮空氣的壓力通常可以達(dá)到70-100bar，而高壓空氣對于內(nèi)燃機(jī)燃燒而言可是正兒八經(jīng)的寶貴資源。

　　目前壓縮空氣儲能要改進(jìn)的一大重點(diǎn)就是有效利用好壓縮空氣過程中產(chǎn)生的熱能，這樣子才能提升壓縮空氣儲能系統(tǒng)的整理效率。目前有一項(xiàng)技術(shù)叫做絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（AA-CAES），暫未實(shí)用化。

　　比較典型的“車電互聯(lián)”Vehicle-to-Grid案例就是蔚來不久之前推出的“反向換電”（威馬目前也有V2G項(xiàng)目落地），用戶將充滿的電池運(yùn)到換電站換走當(dāng)前最低電量的那塊電池，而這個(gè)概念其實(shí)不是蔚來開創(chuàng)的，而是美國特拉華大學(xué)的Kempton和Letendre在1997年提出。

　　設(shè)想是很好的，V2G的確可以幫助整個(gè)電動(dòng)汽車社會削峰填谷，問題是目前動(dòng)力電池的循環(huán)壽命太珍貴了，1000個(gè)充放電循環(huán)下來，多數(shù)鋰離子電池的性能都會大大削減（對于電動(dòng)汽車體驗(yàn)而言），電網(wǎng)/車企給予的V2G補(bǔ)貼又無法填平動(dòng)力電池循環(huán)壽命的坑。

　　除非電池循環(huán)壽命能到達(dá)4000次甚至更多，否則V2G技術(shù)只能算是一種“為愛發(fā)電”的行為藝術(shù)……

　　首先聲明一點(diǎn)：“氫燃料電池”不是一種電池，而是一種換能裝置，可以類比汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　充當(dāng)“電池”角色的是儲氫罐，這是一種高壓設(shè)備，技術(shù)含量很高，造起來一點(diǎn)都不比目前的三元鋰電池容易。下方文章《以氫氣召喚未來》是筆者在5年前寫的一篇?dú)淙剂想姵剀嚰夹g(shù)原理與行業(yè)分析。

　　文章太長太枯燥，我用人話來解讀：電很難儲藏起來，所以將能量轉(zhuǎn)化成氫氣方便保存，像汽柴油一樣運(yùn)到各地的加氫站，車輛用氫燃料電池進(jìn)行發(fā)電。

　　“電”并不新，但全新的電能生產(chǎn)模式、電能儲藏模式、電能運(yùn)輸模式、電能消費(fèi)模式，卻是指引未來生活（不單指汽車生活）的重要因素，通過質(zhì)子交換膜獲取氫氣中所儲電能的高效、環(huán)保、安全方法，更值得大財(cái)團(tuán)投入研發(fā)資金。

　　我們不敢肯定未來社會一定是屬于“氫”的，氫燃料電池車甚至可能在成本無法大幅降低、加氫站網(wǎng)絡(luò)無法鋪開、制氫與儲氫技術(shù)無法突破等壓力下退出市場成為歷史，但有一點(diǎn)是肯定的：氫能社會所代表的“環(huán)保”理念是真正的環(huán)保（反面例子是半噸電池上身還敢說自己“環(huán)保”的純電動(dòng)車），整個(gè)氫燃料電池能量轉(zhuǎn)化過程的副產(chǎn)品只有“水”——我們的生命之源。

　　人類在18世紀(jì)學(xué)會了電的使用與儲藏，與當(dāng)年直立人學(xué)會用火一樣擁有史詩般的意義。電池技術(shù)經(jīng)過19世紀(jì)與20世紀(jì)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已經(jīng)徹底離不開電池了。

　　小如無線耳機(jī)，大如純電公交；低如彈道導(dǎo)彈潛艇，高如登月火箭；近如外賣小車，遠(yuǎn)如越洋船舶……電池成為了驅(qū)動(dòng)世界的一股不可或缺的中堅(jiān)力量。

　　在潛力無限的核聚變發(fā)電技術(shù)促成下，未來世界更需要儲電技術(shù)的支撐。

　　真正環(huán)保的氫氣儲電，或許是我們的最終答案。

（文：太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂）