鈷元素一直存在價格昂貴且供應鏈脆弱的問題, 美國能源部在 3 年前就已啟動一個研究項目, 旨在研發不需要鈷元素的鋰離子電池, 進而在降低電池造價的同時, 加速新能源汽車技術的發展, 為造出價格更低, 續航時間更長的電動汽車和工業儲能系統奠定基礎.
材料科學家Gerd Ceder是勞倫斯·伯克利國家實驗室的研究項目主管, 目前致力於用一種 '無序岩鹽' 來作為可充電電池的陰極.
通常情況下, 鋰離子電池的陰極需要鈷元素來維持分層結構, 以便讓鋰離子順利通過. 但是多年前, Ceder教授和同事發現了某種能存儲更多鋰離子的新型材料, 有望在完全不使用鈷元素的情況下提高鋰電池的能量密度.
Ceder教授在接受《麻省理工技術評論》的採訪時, 對電池新材料面臨的挑戰, 鋰電池的優勢, 以及電池技術為何看起來總是停滯不前等問題進行了探討.
圖丨 Gerd Ceder教授
麻省理工科技評論: 您負責的新複合材料研發項目的下一步工作會是什麼?
Gerd Ceder: 我們四年前就提出了這一概念, 如今我們已經找到了非常多具備理想性能的化合物, 接下來我們會從中挑選一些材料進行實驗, 如果新材料能夠解決我們所面臨的問題, 那麼下一階段便是進行商業化嘗試.
而對於這些材料, 首先它們必須有良好的充電-放電速率, 以及電池的標準迴圈壽命. 然後, 我們會用各種手段對材料進行處理, 以進一步提高電池的性能.
目前, 我們已經對潛力最大的幾種材料納進行了下一階段的測試, 我認為這是我從事這項材料研究以來最有希望成功的一次.
麻省理工科技評論: 為什麼一種新材料從實驗室到市場耗時如此之長?
Gerd Ceder: 任何商業化產品都會在這一過程耗費漫長的時間, 並且加快研發的速度也無法對整個流程起到太大的推動作用, 因為材料的優化, 測試, 以及消費者的接受程度等因素都會對產品的上市產生影響.
對於電池來說, 在這段時間裡, 材料必須被量產, 測試後, 再被送到電池廠商經過長達2年時間的測試. 因此即使我們今天就在實驗室發現了一種完美的材料, 產品上市也需要6-10年時間.
麻省理工科技評論: 幾年前您曾說過 '固態電池是近乎完美的電池' , 現在您還這麼認為嗎?
Gerd Ceder: 固態電池依然是我心中的 '完美電池' , 我對此保持樂觀的態度. 人們在這一領域投入的努力也將會最終換來性能出色的固態電池產品.
但不得不說, 固態電池還有很多問題需要解決, 固態電解質的最大問題在於其自身的不穩定性, 也正因為此, 目前為止還沒人實現固態電池的大規模生產.
但不管如何, 我依然認為這是目前最有前景的技術發展方向之一.
麻省理工科技評論: 網格電能存儲是近年來備受投資界關注的技術, 對於這一領域, 您認為有希望的研究方向有哪些?
Gerd Ceder: 在我看來, 網格電能存儲還存在諸多不確定性, 短期來看, 出於可靠性的考慮, 鋰電池依然是目前的唯一選擇.
對於其他技術, 我並不否認可能會新的技術進入到電能存儲領域, 但這個行業巨頭雲集, 我們不能低估這其中的競爭程度.
麻省理工科技評論: 有專家說鋰離子電池是有成本下限的, 因此這並不適用於電能的長期儲存. 對此您的看法是怎樣的?
Gerd Ceder: 鋰離子電池已經非常便宜了. 而對於其他技術, 就算它們理論上能做到更便宜, 但它們首先應該要被造出來. 同時, 初創公司只有在高價值的市場上才能存活, 而電能儲存市場並不具備這一特點.
再舉個極端的例子: 如果你需要把一度電儲存6個月, 你願意為此支付多少錢呢? 很顯然, 這樣的服務需要非常便宜才有可能吸引到客戶, 否則選擇直接發電會是個更經濟的做法.
進一步說, 我不確定這種極度便宜的方案能不能在電化學儲存領域實現, 因為化學電池也並不能夠解決所有問題.
