到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?

到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?隨著時代的進步與發展,越來越多的人知道了環保的重要性,也正是因為如此,現在的許多燃油車廠商試著研發出了純電動汽車,可是隨著時間的推移,許多人終於是發現,從電動汽車推出使用的十多年時間裡,電池續航短這一根本性的問題並未得到解決,到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前呢?


到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?


首先,在長達十幾年的電池研發過程中,遇到的最大的難題就是,如何把一個想法轉變成為產品,因為若是提高了某一方面的性能之後,可能就會影像到另一個方面的性能,因此無論是哪一種方案,都要進行有較的權衡,也正是因為這些存在的問題,從而導致了研究的分散性和不確定性,電池研發技術也變得有些緩慢起來。

其次,新能源汽車所用的鋰電池,它的工作原理是通過兩個電極之間移動的鋰離子來工作,而其中正極一側便是使用的鈷酸鋰,負極一側所選用的是石墨。眾所周知,鈷在自然的儲量是有限的,而如今新能源汽車卻是處在一個上升期,那麼可想而知,在鈷的儲量日益減少,價格在不斷攀升的情況之下,研發新的兩極替代品已經是目前最為明智的選擇。

電池的技術一直都在發展,只不過新能源汽車對於電量的需求已經遠遠超出了電池本身的發展,希望在未來,電池可以找到正負極材料的合理替代品,從而使電池技術向前邁進更大的一步。

電池技術儘管在逐步發展,但它在過去十年的時間裡並沒有多大的變化。金霸王這樣的巨頭把資源投入到了環境效率的提升,以及存儲和性能的小幅優化上面,但電池的基本工作原理並沒有任何不同。現如今,我們日常使用的許多電子設備都需要依賴於電池工作,不管是智能手機、筆記本電腦、平板電腦還是其他設備。我們生活在一個技術創新爆炸性增長的時代,但許多新技術仍然得依靠相同的能量存儲方法。電池技術儘管在逐步發展,但它在過去十年的時間裡並沒有多大的變化。


到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?


嚴峻的電池問題首先我們要看看電池問題的根源。整個20世紀90年代,佔統治地位的是鎳鎘電池,但隨後問世的鋰離子電池迅速取而代之。鋰離子電池的能量密度達到了標準鎳鎘當量的兩倍以上,並有可能獲得更高的能量密度。它的工作行為與之類似,可以在單個單元而非整個系列上運行。它維護成本低,自放電量也更低。儘管存在一些缺點——比如本身較為脆弱和需要保護電路——鋰離子電池的效率非常高,有人甚至將其稱作是“理想的”電池。

在摩爾定律不斷推進的時代,認為任何技術發展都存在根本限制似乎是個很奇怪的想法。但電池功能有點不同,因為當中有很多變數需要考慮,似乎任何一個區域的增加都會導致另一個區域的減少。比如說,你可以製作出具有更高功率(瓦特)或更高能量水平(瓦特小時)的電池,但無法在同一塊電池上同時做到這兩點。超級電容器完美地說明了這一點:它們可以釋放大量的能量,但一次只能持續幾秒鐘。因此,許多迭代式的進步只是在單個層面上向前發展,而沒有帶來整體上的技術進步。


到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?


這也不是新電池技術發展的唯一問題,它還面臨著下面這些挑戰: 

1.選擇除了鋰離子電池以外,研究領域還有幾十種可能的開發方向,其中包括可提供清潔能源、只會排放水的氫燃料電池,以及使用細菌加速化學反應的生物電化學電池。問題是,有這麼多的選擇,很難說出哪些方向具有真正的潛力成為長期替代品,哪些只是讓人走彎路。因此,研究人員不願將所有的雞蛋放在一個籃子裡。

2.成本和資金另一個問題是,開發下一代電池的成本太高。根據Lux Research的數據,在八年的時間裡,普通電池創業公司初始投資只吸引了4000萬美元的資金。這似乎並不是一個小數目,但大多數技術需要數億美元才能獲得一個良好的開端,並且可能需要數十億美元來進行全面開發。但是,大多數投資者不願意將這筆錢投入到一個成功機會很小的技術上。 

3.規模此外,將技術從實驗室發展轉化稱全面商用也是一個難題。有前途的新電池技術通常在微觀層面上看起來不錯。舉個例子,只有在實驗室條件下,你可能才會注意到新型化學材料的儲存潛力。但是當你開發更大型號的電池時,當中可能就會出現問題,比如化學過程可能無法有效展開,或者是條件(如溫度或長期使用)可能不適合商業使用。這有可能嚇跑潛在的研究人員和投資者。 

4.測試,可靠性和安全性最近發生的鋰離子電池著火問題說明,我們對電池安全後果的瞭解是多麼有限。任何新的電池技術都需要執行比我們現有技術更高的標準,這也就意味著,原本就已經很長的開發週期現在又要額外增加多年的研究和測試。


到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?


正因為如此,任何新的電池技術都會花費幾年甚至幾十年的時間才能完全發展,即使如此,新技術應用的安全性也不能保證。

那麼這種電池停滯對其他新興技術有什麼影響?再生能源太陽能發電是清潔和可再生的,而且生產成本也變得越來越低。問題是,光照並不總是存在的,多雲天氣和夜間都是問題,除非你有一種有效的方式來儲存白天產生的多餘能量。如果沒有高效的電池存儲,太陽能仍然是昂貴的,不僅不適用於許多應用方向,並且永遠無法成為我們當前能源需求的完全替代品。


到底是什麼原因引起的電池技術停滯不前,研發技術如此緩慢?


手機智能手機的耗電量非常高,並且每天都得充電。手機電池目前的壽命只有幾年,因為鋰離子電池可以充電的次數是有限的。如果沒有新型電池來延長使用壽命,手機開發週期將會更快,並且處理能力可能會使電池問題更加嚴重(因為更高的性能會進一步增加功耗)。電動汽車電動汽車的環保性要比燃油車高非常多,但即使是最好的車型也需要定期充電 - 這對消費者來說非常煩人且成本高昂。更好的電池可以存儲更多的電量,從而增加行駛速度和續航里程。但是在目前,電動汽車的這一方面只有一些微小的改進。 


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