如今隨著電動車的飛速發(fā)展，電池能源的話題被推到了風(fēng)口浪尖，各種關(guān)于新電池技術(shù)的新聞不斷被報道出來，看得我們眼花繚亂。可實際上真正能應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的卻又是寥寥無幾。電池能源方面的發(fā)展究竟是什么樣的？未來的能源技術(shù)究竟又會走向何方？今天，我們就一起來盤點一下各種電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：

1、鋰電池

目前為止，鋰電池仍然是電池能源當(dāng)中應(yīng)用最為普遍的，無論是手機(jī)、電腦還是電動汽車，幾乎鋰電池已經(jīng)成為了不可缺少的重要組成部分。早期的鋰電池一般是使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液作為傳導(dǎo)物質(zhì)，通過鋰離子和二氧化錳的氧化還原反應(yīng)完成放電的過程。鋰電池最早期是應(yīng)用在心臟起搏器當(dāng)中，由于鋰電池的自放電率極低、放電電壓平緩等優(yōu)點，使得植入人體的起搏器能夠長期運作而不用重新充電，而被應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。又因為鋰電池一般有高于3.0V的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源，又被用于計算器，數(shù)碼相機(jī)、手表中。但這種鋰電池由于循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，危險性較大，所以一般情況下這種電池是禁止充電的，難以被廣泛推廣應(yīng)用。

直到1992年，日本的索尼公司成功研發(fā)出了以炭材料為負(fù)極、以含鋰的化合物作正極的鋰電池。由于這種鋰電池在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，而被稱為鋰離子電池。鋰離子電池真正革新了消費電子產(chǎn)品的面貌：由于石油焦炭和石墨作負(fù)極材料無毒且資源充足，鋰離子嵌入碳中又克服了鋰的高活性，解決了傳統(tǒng)鋰電池存在的安全性問題；其正極的LixCoO2在充、放電性能和壽命上均能達(dá)到較高水平，使得其使成本又大大降低。這使得人們的移動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小，安全性也顯著增加，開始被更廣泛的應(yīng)用。時至今日，鋰離子電池仍然便攜電子器件的主要供電能源。

2、固態(tài)電池

固態(tài)電池本質(zhì)上仍然是鋰電池的一種，與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。由于如今的科學(xué)界普遍認(rèn)為鋰離子電池的發(fā)展已經(jīng)到達(dá)了極限，所以固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的新型電池。

常用的固態(tài)鋰電池是采用鋰、鈉等制成的玻璃化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代了以往鋰離子電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。由于固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池，它的功率密度一般較低，而能量密度較高，所以它很可能是未來電動汽車的理想能源之一。

目前固態(tài)電池的發(fā)展多樣，且有很多的不確定性。不同的公司都在發(fā)展著不同材料的固態(tài)電池，如日本的日立造船公司，在第十屆國際二次電池展上就展示了硫化物系材料作為電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池“AS-LiB”。目前上述產(chǎn)品已經(jīng)提供樣品，計劃在2019財年開始批量生產(chǎn)并用于航天領(lǐng)域，2025年后投入車用市場；而同樣在此次展覽上，日本德爾公司同樣展示了正在開發(fā)中的全固態(tài)電池參考樣品，他們的的全固態(tài)電池采用了氧化物電解質(zhì)；還有日本初創(chuàng)公司NGKSparkPlug，計劃將采用陶瓷電解質(zhì)的固態(tài)電池送上月球，以便為后續(xù)的其他探月行動提供更好的后備能源方案。除此之外還有臺灣的輝能科技、美國的24M公司等，包括國內(nèi)的很多電池能源公司也在積極的跟進(jìn)固態(tài)電池的發(fā)展，甚至有些已經(jīng)在嘗試著量產(chǎn)工作。

雖然固態(tài)電池的發(fā)展已經(jīng)被很多能源專家看好，但距離真正普遍性的應(yīng)用它還面臨著重重的困難。首當(dāng)其沖的就是成本問題：液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時，而如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會達(dá)到1.5萬美元/千瓦時，制造足以為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人瞠舌的9000萬美元！固態(tài)電池成本的居高不下為它在未來的廣泛應(yīng)用埋下了重重的陰影。除此之外，一項新技術(shù)的發(fā)明，到它實際的量產(chǎn)應(yīng)用也需要不短的時間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀(jì)70年代，相關(guān)的理念和實驗認(rèn)證就在齊頭并進(jìn)地推進(jìn)，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀(jì)末了。

3、超級電容器

超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。超級電容器是通過電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當(dāng)電極與電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個非活性多孔板，電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。雙電層電容器根據(jù)電極材料的不同，可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機(jī)聚合物電極超級電容器。

與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級電容器的特點主要體現(xiàn)在：

（1）功率密度高?？蛇_(dá)102～104W/kg，遠(yuǎn)高于蓄電池的功率密度水平。

（2）循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。

（3）工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠(yuǎn)小于蓄電池。商業(yè)化超級電容器的工作溫度范圍可達(dá)-40℃～+80℃。

（4）免維護(hù)。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，在理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)的。

（5）綠色環(huán)保。超級電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

雖然超級電容器擁有著如此多的優(yōu)點，但它也有致命缺點，也正是因為這些缺點，使得它現(xiàn)在還無法取代鋰離子電池的存在。超級電容器充放電時間快，但是儲電量較少；鋰離子電池充放電時間雖然比較長，但儲電量相對于超級電容器要多很多。因此，超級電容器目前只是廣泛應(yīng)用于輔助峰值功率、備用電源、存儲再生能量、替代電源等不同的應(yīng)用場景，在交通運輸、工業(yè)控制、風(fēng)光發(fā)電、智能三表、電動工具、特種等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。

4、氫能源

氫能是公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。21世紀(jì)，我國和美國、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃。氫能是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然氣可以直接開采?，F(xiàn)在的氫幾乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程廢氫，每年大約可以回收到大約1億立方米，這個數(shù)字相當(dāng)可觀。

氫燃料電池是使用氫制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。與鋰電池相比，氫燃料電池具有無污染、無噪音、高效率等優(yōu)點，同時它的“儲能量”比鋰電池更強(qiáng)：鋰電池是一種儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。

但目前由于氫燃料電池的制造成本較高、氫原料儲存困難、安全性較差等問題，它的應(yīng)用范圍還僅限制在航天、飛行及少部分的汽車領(lǐng)域。目前氫燃料電池的成本相當(dāng)于是普通汽油發(fā)動機(jī)的100倍，這個價格是市場所難以承受的。

科技始終在不停的進(jìn)步，相信在不久的未來，電池領(lǐng)域也將給我們帶來更多的驚喜。只要我們不停止探索的腳步，認(rèn)清現(xiàn)實并努力超越現(xiàn)實，光明就一定在不遠(yuǎn)處等著我們。