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电池技术的突破终将到来,但时机尚未完全成熟。
从口袋中的手机到公路上的汽车,几乎所有的东西只要带有电路都需要电池。在过去的几十年里,尽管科技产业的其它板块飞速发展,电池却进步缓慢。
在如今的交通、能源、基础设施等领域,电池不足已经成为最大的瓶颈。我们的能源需求还在不断增长,但我们可以携带、存储的能源却是有限的。智能手机很难续航一天,电动汽车充电一次的行驶里程比汽车和柴油汽车更短,从源头(比如太阳能面板)存储能源是一件相当困难的事。
我们非常需要在能源存储上取得突破,许多企业都在研发新技术,包括石油巨头。一旦成功,可能会就形成一个利润庞大的市场,可惜的是电池的化学特性存在限制,我们很难克服。
最大的问题在于能量密度:在特定体积和重量的存储单元内可以存储多少能源。1991年锂电池首次推出,它已经用在手机、汽车、其它可充电设备上,每千克大约可以存储电能150和250瓦时(Wh/kg)。为了更好地理解,我们可以类比一下,一台冰箱每天消耗1600瓦时电能,汽油存储的能量大约为每千克13000瓦时——比最好的锂电池多了50倍。
还有一些电池用其它金属或者元素来形成化学反应,比如硫磺或者硅,但是研究者很难提高能量密度,很难达到安全要求。
伦敦帝国学院戴森工程设计学院比利•吴(BillyWu)认为:“你在盒子中装入的能源越多,它的危险系数就越高。安全是关键,热管理相当重要。如果电池的温度超过80摄氏度,组件就会开始分解,可能还会爆炸。”
咨询公司FreedoniaGroup、戴森、特斯拉、三星、松下、IBM最近对电池产业做过调查,预测整个电池市场的规模到了2019年将会达到1200亿美元。
特斯拉电动汽车充电一次可以开200-300英里(约322-483公里),它最近还进入到家庭电池市场。通过与松下合作,特斯拉投资50亿美元建设“Gigafactory”工厂。要将电动汽车推向大众市场,电池的大规模生产是一个关键因素。现有的特斯拉ModelS定价大约58300英磅(约55.5万元),电池占了近五分之一。
许多人认为500英里是一个关键点,汽车或者柴油汽车装满一箱油平均可以开500英里(约805公里)左右。从2009年开始,IBM的Battery500Project项目就在开发锂空气电池,它的能量密度有可能达到汽油的水平,只是到目前为止商用产品仍然不见踪影。
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