电池技术变革未来将如何改变人类文明？

人类的未来很可能取决于我们能否尽快摆脱化石燃料带来的污染和其日益减少的供应能力。为了引导我们自己和我们的地球走向正确的方向，我们必须找到另一种方式来满足我们人类文明对可靠能源供应的需求。

核能在短期内很可能是一种比较好的解决方案。但几个世纪以来，由于需要处理耗尽的放射性燃料，使核能与化石燃料一样面临环境污染问题。充其量，我们只应该把它视为通向可持续能源的桥梁。

幸运的是，可再生能源终于变得有竞争力了。然而，要使它真正具有变革意义，我们还需要重塑一项大多数人认为理所当然的技术：电池。

为未来储能

在任何情况下，公用事业公司都要确保电力供应。这为可再生能源供电网络的建设提出了挑战：你无法在没风的日子里利用风能发电，也不能在阴天利用太阳能发电。

为了确保我们在后化石燃料时代拥有足够的、持续不断的电力，我们需要规模化的网络来储存来自于水利发电、太阳能发电、风能发电等渠道生产的能源，以备后续转移到需要电力的地区使用。

目前使用得最普通的可再充电电池是锂离子电池。锂离子电池可以将很多能量集中到一个小巧轻便的封装容器中，该容器可以快速充电，并长时间保持充电状态，在电池损耗耗尽之前可以充电多次。但是目前，锂离子电池还不能满足规模组建电网的要求。这就是为什么仅在2017年的前六个月，电池研发就吸引了4.8亿美元风险投资的原因。

下一代能源储存技术的竞争似乎一触即发，目前有多种技术正在开发中：

石墨烯电池的充放电次数是锂离子电池的数十倍，充电时间更短，并且能储存巨大电量。它由单原子层厚度的石墨制成，这种材料比其他任何材料能更快、更有效地传导能量。一家公司已经在生产用于电动汽车的石墨烯电池。

钠离子电池是一种由廉价且储量充足的钠制成的电池。与锂离子电池相比，在储存相同电量的情况下，它需要更大的储存空间。这使得钠电池对于便携式设备不切实际。但是对于家庭、办公大楼或电网本身来说是理想的。事实上，在未来几年，你可能会购买具有成本效益的钠电池用作家用储能。

锂硫电池可以在与锂离子电池相同的空间中储存两到三倍的电量。不过到目前为止，锂硫电池的寿命并不长久，所以研究人员预计五到十年不会有商业版本。

与空气结合的锂空气电池可以存储两倍于相同尺寸的锂离子电池的电量。不过，就像锂离子电池一样，锂空气电池存在一个寿命问题。研究人员说，这可能需要10年时间才能解决。

丰田科学家开发的固态电池可以在短短8分钟内完成充电或放电。因为它们不像其他电池那样含有液体，所以可以在高至沸点或远低于冰点的温度环境下继续工作。

然而，这些电池仍在开发中，没有明确的商业可用性和应用的时间表。

此外，科学家们还尝试用其他材料制作储能设备，诸如用阻燃固体聚合物制成的电池、由铜泡沫塑料3D打印的电池，又或是重量轻且耐用的固体氧化物燃料电池、可重复充电200,000次而没有容量损失的金纳米线电池等等。我们还有可能通过可穿戴纳米薄膜捕捉和储存来自身体运动及摩擦产生的能量。

英国的研究人员甚至使用纳米发电机制造了一部手机，这部手机能利用环境声音来给自己的电池充电，包括电话通话中使用者的说话声。同时，在另外一个被认为将颠覆能源储存的研发项目中，麻省理工学院正在与意大利跑车制造商兰博基尼合作，建造一辆甚至没有传统电池的电动“超级跑车”——因为它可以将能量储存在由轻质碳纳米管制成的车身面板中。

发掘充电电池的潜能

企业和政府都最终认识到电网规模化储能的潜力，并进行相应的投资。汽车制造商正在设立部门，将现有的电动汽车投资用于住宅和商业市场的能源储存解决方案的研发。飞机制造商正在尝试轻量级的电池驱动推进系统。全球各国政府纷纷推出补贴政策，以降低研发成本、鼓励电池行业进行颠覆性创新。

事实上，特斯拉与法国可再生能源公司Neoen在2017年秋季在南澳大利亚建造了世界上最大的锂离子电池装置。该工程于11月23日结束，电池现正进行投入运行之前的充电测试，它将通过储存足够的风能来为3万户家庭提供电力，从而补充当地公用电网。

电池革命不仅仅是你每周只需给你的手机充电一次，或者在没有插电的情况下驱动你的电动汽车行驶1000英里，它将对全社会产生巨大影响。发展更好的储能方式将创造新的就业机会，不仅有益于电池制造商，更将有利于整个经济，我们将重新利用并建立一个依赖可再生能源的基础设施。这意味着，更便宜、更环保的电力资源将在回收和再利用资源的循环商业模式的发展中发挥重要作用。即使对可再生能源的依赖有所增加，电网仍将拥有分散的电力储备，以保持需求弹性。

科学家们说，在由于人类活动导致的气候变化使我们陷入烦恼之前，我们还有几年时间来减缓其所带来影响，我们需要尽快向一个可持续的后化石燃料时代过渡。通过让更有效地利用能源，并更有效地储存电力，下一代电池将帮助缓和这一社会变迁中不可避免的动荡。我们今天积极开发的能源储存系统，或许将对未来的人类文明产生重大影响。