未來電池的研究仍在繼續(xù)，鈣電池有望實(shí)現(xiàn)高能量密度和廉價的生產(chǎn)。一個新的電解質(zhì)類別應(yīng)該即使在室溫下也可以進(jìn)行充電過程。


▲由于鋰的短缺，將來電動汽車可以使用鈣電池系統(tǒng)運(yùn)行。圖片：Markus Breig / KIT

鈷、鎳和鋰等原材料受到限制
隨著電動汽車的日益普及，鋰離子電池所需的這些物質(zhì)的有限存在可能成為汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，F(xiàn)ichtner和他的團(tuán)隊(duì)依賴替代電池技術(shù)。也就是說，科學(xué)家們正在研究基于鈣的可充電電池。

根據(jù)科學(xué)家的說法，鈣（元素符號：Ca）的吸引力在于它是地殼中第五常見的元素?？茖W(xué)家們被告知，在我們的星球上，它分布均勻，地球堿金屬鈣與鋰相比，每個原子能吸收兩個電子。

更不用說：鈣提供了與鋰類似的電壓。因此，研究人員說，這項(xiàng)技術(shù)有可能取代鋰離子技術(shù)成為未來的儲能技術(shù)。

僅在75度以上充電
但是，在研究過程存在一些障礙。據(jù)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）稱，既有用于鋰離子的實(shí)用電解質(zhì)，也有用于較新的鈉或鎂技術(shù)的電解質(zhì)。

鈣的情況有所不同：“實(shí)驗(yàn)電解質(zhì)以及鈣電池的原型只存在了幾年。”相應(yīng)研究的第一作者李振友（音譯）和項(xiàng)目經(jīng)理趙志榮（音譯）說。兩者都在KIT的后鋰存儲卓越集群（PoLiS）中工作，后者正在開發(fā)鈣電池作為Celest研究平臺的一部分。

困難在于鈣電池只能在75攝氏度以上的溫度下充電。然而，一種溶液正在以新電解質(zhì)的形式出現(xiàn)，正如研究人員目前所報(bào)告的，他們能夠合成一種基于特殊的有機(jī)鈣鹽的電解質(zhì)，即使在室溫下也能充電。

使用新型電解質(zhì)可以證明具有高能量密度，存儲容量和快速充電容量的鈣電池是可能的。研究人員已經(jīng)在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。KIT專家Fichtner仍在探討潛在的應(yīng)用場景。

這位科學(xué)家告訴汽車生產(chǎn)商，目前只能對鈉離子電池做出有意義的陳述，預(yù)計(jì)它們將在一兩年內(nèi)投放市場。Fichtner認(rèn)為這些系統(tǒng)在固定應(yīng)用環(huán)境中會比鋰離子電池更大，更重。鎂和鈣電池可能更緊湊。

鈣基體系何時走出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境？
由于目前仍處于研究階段，因此尚無法就此類電池的后期尺寸、重量和使用壽命作出準(zhǔn)確的陳述。

鈣基體系何時走出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境？Fichtner，Li和Zhao-Karger周圍的團(tuán)隊(duì)將開發(fā)合適的電極作為必不可少的步驟。具體而言，是關(guān)于能夠傳遞盡可能高的電壓和存儲容量的電極。

根據(jù)科學(xué)家的說法，這些材料必須能夠由可持續(xù)的原材料制成并與電解質(zhì)相協(xié)調(diào)。它們還應(yīng)該允許許多充放電循環(huán)。開發(fā)人員在此需求中看到了最大的挑戰(zhàn)，提高效率也很重要。

研究人員說，鈣電池才剛剛起步。他們指出，在過去，大約需要兩到二十年的時間才能證明一種新的電池技術(shù)可行并可以在市場上推出。

因此，目前對鈣電池的工業(yè)生產(chǎn)潛力發(fā)表評論還為時過早。研究人員說，在這個項(xiàng)目的開始階段就有基本的可行性。

降低電池成本
4月底，KIT宣布它正在開發(fā)鈉離子電池，這是“過渡”項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目由聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）資助，為期三年，耗資115萬歐元。

與烏爾姆亥姆霍茲研究所（HIU），巴登-符騰堡州太陽能與氫能研究中心（ZSW）和弗里德里希-席勒大學(xué)-耶拿分校（FSU）共同開發(fā)了合適的活性材料和電解質(zhì)。一個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)用于電動汽車和固定式能量存儲的高性能液體和聚合物電解質(zhì)鈉離子電池。

正如HIU主任Stefano Passerini所描述的那樣，人們希望這一目標(biāo)將導(dǎo)致電池的可持續(xù)發(fā)展和成本降低。

盡管Na離子電池的性能受到限制，但人們發(fā)現(xiàn)它適用于固定式應(yīng)用以及輕型/短程車輛。這位科學(xué)家認(rèn)為，進(jìn)步是有可能的，他回顧說，自商業(yè)化以來，由于對材料領(lǐng)域的深入研究，鋰離子電池的能量密度提高了三倍。 

■來源：AUTOMOBIL PRODUKTION
■編譯：Bright
■審校：Ken