锂电池的三大接班技术

手机、平板电脑、各种可穿戴设备的发展如火如荼，然而，电池却成了制约所有这些移动电子设备发展的瓶颈之一。大多数刚开始用智能手机的用户都会对电池的续航能力感到失望——以往可以使用4-7天的手机电力，现在需要每天充电。

锂离子电池是目前二次充电电池中最为主流，且被投资者和从业者都看好的方向，但从长远发展来看，其能量密度要达到成倍的改进，其可能性并不大。从智能手机来看，人们上网的时间越来越长，网速越来越快，支撑芯片也必须越来越快;同时屏幕也越来越大，尽管有各种节能改进，但能量的消耗确却是在不断增加的。据中国科学院电池领域的国际专家张跃刚博士称，现在要在智能手机上实现一块充电电池使用一周，目前突破的可能性不大。

能量密度是检验电池品质的核心指标之一，改善的目标是在重量越轻、体积越小的电池包中存储越来越多的能量。以我们熟悉的厂商比亚迪的锂电池为例，其目前按照重量和体积分别可达到的实际比能量为100-125瓦时/公斤和240-300瓦时/升，特斯拉电动汽车Model S所使用的松下笔记本电池的能量密度为170瓦时/公斤。在我们此前的报道中，美国创新蓄电公司(Enevate Corporation)通过对锂离子电池负极材料的改进，可以将电池能量密度提升30%以上。

想要成倍提升电池能量密度，必须依靠下一代电池技术。张跃刚博士向我们推荐了以下三大热门电池技术，它们大多数还处于实验室研发阶段。虽然距离商业化投产还有相当长一段路，但我们相信移动电子设备的飞速发展会令电池领域的投资增加，从而在一定程度上加速技术和商业方面的突破。

锂硫电池

锂硫电池是锂电池的一种，它是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池，其理论能量密度是锂离子电池的5倍左右，目前尚处于初期研发阶段。

锂硫电池是目前锂电池之外被广泛看好的新一代锂电池，目前投入该领域研究的实验室和各种早期资金，在商业化方面的前景被一致看好。

然而，锂硫电池面对的技术挑战也很大，特别是电池负极材料使用化学性质及不稳定的金属锂，这对于电池的安全是极大的考验。此外，在稳定性、配方、工艺等诸多方面仍然面临很多未知的挑战。

目前在英国、美国都有不止一家机构投入锂硫电池的研究，有些公司此前宣称今年将推出产品。张跃刚博士在伯克利大学实验室也在研究锂硫电池，从实验室结果来看，其成果令人满意，电池在较为苛刻的测试环境下，循环次数达到了3,000次以上。

锂空气电池

锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。由于阳极金属锂的质量很轻，而与之反应的阴极反应物氧气就存在与自然环境中，无须保存在电池里，所以其理论能量密度是锂离子电池的近10倍。

锂空气电池在技术方面的挑战更多，除了金属锂的安全保存问题外，氧化反应后形成的氧化锂性质过于稳定，必须借助催化剂才能完成还原反应。此外，电池的循环次数问题始终没有解决。

相比于锂硫电池，锂空气电池处于更为早期的研究中，目前还没有公司投资进行商业研究开发。

镁电池

镁电池是以以镁为负极，某些金属或非金属氧化物为正极的原电池。相比于锂电池，镁电池具有更好的稳定性，寿命更长。由于“镁”是二价元素，所以虽然其质量大于金属锂，但能量密度可能比锂更具优势。

镁电池与锂空气电池目前处于差不多的研究阶段，日本丰田汽车和美国麻省理工学院旗下研究机构都在做镁电池的研究，但其距离商业化发展仍然具有相当长的道路。