人類的未來很可能取決于我們能否盡快擺脫化石燃料帶來的污染和其日益減少的供應(yīng)能力。為了引導(dǎo)我們自己和我們的地球走向正確的方向，我們必須找到另一種方式來滿足我們?nèi)祟愇拿鲗煽磕茉垂?yīng)的需求。

核能在短期內(nèi)很可能是一種比較好的解決方案。但幾個世紀(jì)以來，由于需要處理耗盡的放射性燃料，使核能與化石燃料一樣面臨環(huán)境污染問題。充其量，我們只應(yīng)該把它視為通向可持續(xù)能源的橋梁。

幸運的是，可再生能源終于變得有競爭力了。然而，要使它真正具有變革意義，我們還需要重塑一項大多數(shù)人認(rèn)為理所當(dāng)然的技術(shù)：電池。

為未來儲能

在任何情況下，公用事業(yè)公司都要確保電力供應(yīng)。這為可再生能源供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提出了挑戰(zhàn)：你無法在沒風(fēng)的日子里利用風(fēng)能發(fā)電，也不能在陰天利用太陽能發(fā)電。

為了確保我們在后化石燃料時代擁有足夠的、持續(xù)不斷的電力，我們需要規(guī)?；木W(wǎng)絡(luò)來儲存來自于水利發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等渠道生產(chǎn)的能源，以備后續(xù)轉(zhuǎn)移到需要電力的地區(qū)使用。

目前使用得最普通的可再充電電池是鋰離子電池。鋰離子電池可以將很多能量集中到一個小巧輕便的封裝容器中，該容器可以快速充電，并長時間保持充電狀態(tài)，在電池?fù)p耗耗盡之前可以充電多次。但是目前，鋰離子電池還不能滿足規(guī)模組建電網(wǎng)的要求。這就是為什么僅在2017年的前六個月，電池研發(fā)就吸引了4.8億美元風(fēng)險投資的原因。

下一代能源儲存技術(shù)的競爭似乎一觸即發(fā)，目前有多種技術(shù)正在開發(fā)中：

石墨烯電池的充放電次數(shù)是鋰離子電池的數(shù)十倍，充電時間更短，并且能儲存巨大電量。它由單原子層厚度的石墨制成，這種材料比其他任何材料能更快、更有效地傳導(dǎo)能量。一家公司已經(jīng)在生產(chǎn)用于電動汽車的石墨烯電池。

鈉離子電池是一種由廉價且儲量充足的鈉制成的電池。與鋰離子電池相比，在儲存相同電量的情況下，它需要更大的儲存空間。這使得鈉電池對于便攜式設(shè)備不切實際。但是對于家庭、辦公大樓或電網(wǎng)本身來說是理想的。事實上，在未來幾年，你可能會購買具有成本效益的鈉電池用作家用儲能。

鋰硫電池可以在與鋰離子電池相同的空間中儲存兩到三倍的電量。不過到目前為止，鋰硫電池的壽命并不長久，所以研究人員預(yù)計五到十年不會有商業(yè)版本。

與空氣結(jié)合的鋰空氣電池可以存儲兩倍于相同尺寸的鋰離子電池的電量。不過，就像鋰離子電池一樣，鋰空氣電池存在一個壽命問題。研究人員說，這可能需要10年時間才能解決。

豐田科學(xué)家開發(fā)的固態(tài)電池可以在短短8分鐘內(nèi)完成充電或放電。因為它們不像其他電池那樣含有液體，所以可以在高至沸點或遠(yuǎn)低于冰點的溫度環(huán)境下繼續(xù)工作。

然而，這些電池仍在開發(fā)中，沒有明確的商業(yè)可用性和應(yīng)用的時間表。

此外，科學(xué)家們還嘗試用其他材料制作儲能設(shè)備，諸如用阻燃固體聚合物制成的電池、由銅泡沫塑料3D打印的電池，又或是重量輕且耐用的固體氧化物燃料電池、可重復(fù)充電200,000次而沒有容量損失的金納米線電池等等。我們還有可能通過可穿戴納米薄膜捕捉和儲存來自身體運動及摩擦產(chǎn)生的能量。

英國的研究人員甚至使用納米發(fā)電機(jī)制造了一部手機(jī)，這部手機(jī)能利用環(huán)境聲音來給自己的電池充電，包括電話通話中使用者的說話聲。同時，在另外一個被認(rèn)為將顛覆能源儲存的研發(fā)項目中，麻省理工學(xué)院正在與意大利跑車制造商蘭博基尼合作，建造一輛甚至沒有傳統(tǒng)電池的電動“超級跑車”——因為它可以將能量儲存在由輕質(zhì)碳納米管制成的車身面板中。

發(fā)掘充電電池的潛能

企業(yè)和政府都最終認(rèn)識到電網(wǎng)規(guī)模化儲能的潛力，并進(jìn)行相應(yīng)的投資。汽車制造商正在設(shè)立部門，將現(xiàn)有的電動汽車投資用于住宅和商業(yè)市場的能源儲存解決方案的研發(fā)。飛機(jī)制造商正在嘗試輕量級的電池驅(qū)動推進(jìn)系統(tǒng)。全球各國政府紛紛推出補(bǔ)貼政策，以降低研發(fā)成本、鼓勵電池行業(yè)進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。

事實上，特斯拉與法國可再生能源公司Neoen在2017年秋季在南澳大利亞建造了世界上最大的鋰離子電池裝置。該工程于11月23日結(jié)束，電池現(xiàn)正進(jìn)行投入運行之前的充電測試，它將通過儲存足夠的風(fēng)能來為3萬戶家庭提供電力，從而補(bǔ)充當(dāng)?shù)毓秒娋W(wǎng)。

電池革命不僅僅是你每周只需給你的手機(jī)充電一次，或者在沒有插電的情況下驅(qū)動你的電動汽車行駛1000英里，它將對全社會產(chǎn)生巨大影響。發(fā)展更好的儲能方式將創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會，不僅有益于電池制造商，更將有利于整個經(jīng)濟(jì)，我們將重新利用并建立一個依賴可再生能源的基礎(chǔ)設(shè)施。這意味著，更便宜、更環(huán)保的電力資源將在回收和再利用資源的循環(huán)商業(yè)模式的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。即使對可再生能源的依賴有所增加，電網(wǎng)仍將擁有分散的電力儲備，以保持需求彈性。

科學(xué)家們說，在由于人類活動導(dǎo)致的氣候變化使我們陷入煩惱之前，我們還有幾年時間來減緩其所帶來影響，我們需要盡快向一個可持續(xù)的后化石燃料時代過渡。通過讓更有效地利用能源，并更有效地儲存電力，下一代電池將幫助緩和這一社會變遷中不可避免的動蕩。我們今天積極開發(fā)的能源儲存系統(tǒng)，或許將對未來的人類文明產(chǎn)生重大影響。