能量突破可能还要10年？谈谈锂离子电池技术当下的挑战与方向

虽然突破可能还有十年之久，但金属锂离子电池可以为电动汽车和电网带来巨大的飞跃。

一次巨大的电池突破可能会让电动汽车一次充电驾驶更长的时间，更安全的行驶。为电网供应更好的电池可以储存更多的能源，从而可以部署更多的风能和太阳能。

能源部ARPA-E项目主管PaulAlbertus表示：“这类概念在世界范围内正在进行竞争。”该项目的重点是早期阶段，可能对能源出现重大影响的能源研究。

上个月，Albertus和他的ARPA-E同事SueBabinec在“自然能源”杂志上发表了一篇文章，对金属锂离子电池的研究状况和未来的挑战进行了研究。

金属锂离子电池正如其名称所使用的，金属锂用于电池的负极部分，在充电和放电时使离子来回穿过电解质的负电极和正电极。

石墨通常用于当今锂离子电池的负极。但通过用金属锂取代石墨，电池可以储存更多的能量。

根据Nature的文章，金属锂电极可以使锂离子电池的能量提高35％，能量密度提高50％。这可能会让一个电池可以供应350或400瓦时每千克或1000瓦时每升的电能。

目前的锂离子电池组的能量为每千克约150瓦时，能量密度接近每升250瓦时。

美国能源部的目标是为电动汽车电池组寻找能量储存选项，每千瓦235瓦时，每升500瓦时。

近年来，ARPA-E项目启动了一项名为IONICS的储能计划，为金属锂电极等领域的早期研究供应资金帮助。利用ARPA-E资助工作的锂金属电极包括24m，离子材料实体，PolyPlus电池公司与爱荷华州立大学。

Albertus和Babinec写道，金属锂电极结合使用固体材料（而不是液体）制造电池电解质的研究有朝一日会成为锂离子电池的下一代产品。固体电解质会使电池不易燃，使用更安全。

然而，实际上电池的技术突破并不容易。自20世纪60年代以来，全球的科学家们一直在研究金属锂电极，大型电池公司，政府实验室和创业公司的同类研究一直在进行。

雷诺-日产-三菱联盟上周宣布对IonicMaterials进行战略投资，希望开发下一代电动汽车电池。固态电池是电动汽车的圣杯，因为它具有高能量密度和更好的散热性能。丰田，菲斯克等公司也在寻求开发固态电池的潜力。

有一些小型的金属锂离子电池在医疗行业等小众应用中使用，但是还没有人能够将电池放大到可以为汽车供电或为太阳能发电场保存能量的地步，。

在Nature文章中，作者强调了电池研究人员在进行这些类型的项目时应该关注的重点。他们还指出了防止错误的方法，并消除所谓的“枝晶”，或可能在电池内部生长并导致问题的晶须状锂。

特别是Albertus和Babinec发现，使用合适的低成本部件，金属锂电极电池可以达到每千瓦时100美元的成本。保持低成本（低于锂离子电池的成本）将是新电池成功上市的关键。

Albertus说，与一些被广泛采用的电池技术不同，比如将硅用于锂离子电池的阳极，金属锂离子电池可能还要十年的时间。