电池技术何时上青天？纳米或成“拯救者”-北极星储能网

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今年4月，一个下着蒙蒙细雨的灰暗清晨，yicui开着猩红色特斯拉跑车，在美国硅谷的车流中迂回前行。身为斯坦福大学材料学家的cui，正前去视察其在6年前成立的电池公司——安普瑞斯。并非巧合的是，他驾驶着一辆电池驱动的汽车。不过，这辆车是租来而不是购买的。cui说，几年后，随着一项关键改进的到来，他预计这辆车会升级到新模式。“希望我们的电池将出现在里面。”

cui和安普瑞斯公司正试图将锂离子电池——如今最好的商用技术——上升到更高的层次。他们有很多同伴。诸如松下、三星、lg化学、苹果和特斯拉等大公司，都在竞相让电池变得更小、更轻、更强大。不过，在这些权力玩家中，cui是一个强有力的先锋。

有别于其他聚焦对电池电极或者其导电电解质化学成分稍作调整的同行，cui正在将电池化学同纳米技术“嫁接”起来。他正在建造结构精细的电池电极。和标准电极相比，这些电极能更加快速地大批量吸收并释放携带电荷的离子，而无须产生令人烦恼的副反应。“他正在借鉴纳米技术的创新成果，并利用其控制化学。”马里兰大学帕克分校材料学家和电池专家weiluo表示。

电池技术难飞跃

实现电池技术的飞跃难于上青天。即便是硅谷最初始的创新成果——电脑芯片，也在过去几十年间获得了指数级的性能改善，而电池的发展一直滞后。当下最好的锂离子电池每升持有约700瓦时能量。从能量密度上看，这是出自上世纪80年代中期的镍镉蓄电池的5倍左右——虽然还不赖，但并非翻天覆地的变化。过去10年间，最好的商用电池的能量密度翻了一番。

电池用户想要更多。市场调研公司——透明度市场研究和taiyou研究发布的两份最新报告显示，到2020年，仅锂离子电池市场每年就有望达到300亿美元的规模。诸如特斯拉、通用汽车、尼桑等汽车公司的电动汽车产量增加，部分造成了上述市场规模的急剧扩大。

不过，当下的电动汽车还有很多待改进之处。对于特斯拉models来说，取决于具体款式，仅70～90瓦时的电池便重达600公斤。同时，虽然整辆车的价格超出10万美元，但电池的价值占到约3万美元。然而，电池充电一次，仅能让汽车跑400公里左右。这比很多传统汽车逊色很多。尼桑的聆风要便宜很多，标价约为2.9万美元。不过，由于电池组较小，它的最大行程只有特斯拉的1/3左右。

改善电池会产生显著影响。使电池能量密度翻倍，会让汽车公司在将电池大小和成本减半的情况下保持行驶里程不变，或者电池大小不变，汽车最大行程翻倍。“电动汽车的时代正在到来。”cui表示。不过，为让电动汽车流行起来，“我们不得不做得更好”。

纳米“拯救者”

2008年，cui认为，由纳米级硅线制成的硅阳极或许能缓解令块状硅阳极变成粉末的压力。这一策略奏效了。在一篇发表于《自然—纳米技术》的论文中，cui和同事证实，当锂离子进出硅纳米线时，纳米线基本未受损伤。即便在10次重复的充放电之后，阳极仍保留了75%的理论储能能力。

不幸的是，和块状硅相比，制造硅纳米线要困难且昂贵很多。cui和同事开始设计制造更廉价硅阳极的方法。首先，他们找到了用球形硅纳米颗粒制造锂离子电池阳极的方法。虽然可能会更廉价，但它们面临着第二个问题：在锂原子进出时，纳米颗粒的收缩和膨胀在将其绑定到一起的黏合剂中打开了裂隙。液态电解质在颗粒间渗出，从而驱动了将其包裹在一个非导电层中的化学反应。这个非导电层被称为固体电解质膜(sei)，并且会越长越厚，最终干扰阳极收集电荷的能力。“这有点像瘢痕组织。”cui实验室的研究生yuzhangli介绍说。

原标题：电池技术何时上青天

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