锂離子電(diàn)池已經經過了幾十年的發展，現在似乎已經到了瓶頸期，和(hé)電(diàn)腦(nǎo)硬盤一樣，锂離子電(diàn)池技(jì)術(shù)也是一直徘徊不前。那(nà)麽現在新出的技(jì)術(shù)比如石墨烯、空(kōng)氣能、锂空(kōng)氣電(diàn)池等技(jì)術(shù)到底離我們還(hái)有(yǒu)多(duō)遠呢？卡內(nèi)基梅隆大(dà)學提出的“技(jì)術(shù)成長曲線”告訴我們，諸多(duō)新技(jì)術(shù)想要與锂離子電(diàn)池競争還(hái)有(yǒu)多(duō)遠的路要走。
每隔幾周我們都能看到爆炸性新聞，聲稱發現了電(diàn)池技(jì)術(shù)的“聖杯”，将來(lái)我們可(kě)以運用該技(jì)術(shù)在幾分鍾內(nèi)給智能手機充滿電(diàn)、開(kāi)電(diàn)動車(chē)行(xíng)駛數(shù)百英裏、開(kāi)發廉價可(kě)靠的可(kě)再生(shēng)能源存儲手段。然而，這些(xiē)“颠覆遊戲規則”的電(diàn)池似乎并沒有(yǒu)在頭條新聞之外的地方大(dà)顯身手。這是怎麽回事呢？卡耐基梅隆大(dà)學機械工程學院的助理(lǐ)教授Venkat Viswanathan提出了同樣的問題。在最近發表的論文中，他和(hé)他的同事提出了一個(gè)量化電(diàn)池化學研究進展的“技(jì)術(shù)成長曲線（hype cycle）”。這些(xiē)研究人(rén)員統計(jì)新發表關于特定電(diàn)池化學機制(zhì)的技(jì)術(shù)論文，以确定該技(jì)術(shù)在“技(jì)術(shù)成長曲線”中的位置：從“創新出發點”、“期望膨脹頂峰”到最終的“穩定生(shēng)産期”。最後這一階段正是當前锂電(diàn)池所處的位置。
這個(gè)圖表展示了一些(xiē)類型各異的電(diàn)池技(jì)術(shù)。錳離子電(diàn)池、鈉離子電(diàn)池、锂-硫電(diàn)池的工作(zuò)原理(lǐ)都與锂離子電(diàn)池在某種程度上(shàng)類似，但(dàn)它們在能量密度（決定了電(diàn)池 有(yǒu)多(duō)小(xiǎo)，或多(duō)輕）和(hé)成本上(shàng)有(yǒu)擊敗锂離子電(diàn)池的潛力。譬如，由于硫的價格低(dī)廉，相比于當今的锂離子電(diàn)池，锂-硫電(diàn)池有(yǒu)潛力大(dà)幅降低(dī)成本。然而目前的锂-硫電(diàn) 池并不穩定，易出現能效大(dà)幅下降和(hé)自放電(diàn)。并且，當離子在電(diàn)池中運動時(shí)，锂-硫電(diàn)池的電(diàn)極可(kě)能膨大(dà)80%，如此一來(lái)就很(hěn)難找到維持電(diàn)池形态的材料。不過锂 -硫電(diàn)池是最有(yǒu)前景的技(jì)術(shù)之一，其發展過程剛剛越過了Viswanathan及其學生(shēng)所指出的“期望膨脹頂峰”。
锂-空(kōng)氣電(diàn)池是除了锂 離子電(diàn)池外唯一越過“泡沫破裂低(dī)谷”并走向“啓蒙上(shàng)升期”的電(diàn)池。锂-空(kōng)氣電(diàn)池的儲能技(jì)術(shù)完全不同，擊敗锂離子電(diàn)池的潛力極大(dà)。這種電(diàn)池的用金屬锂做(zuò)負 極，在正極一端直接與空(kōng)氣中的氧氣反應。由于反應物之一是空(kōng)氣，理(lǐ)論上(shàng)講，該電(diàn)池儲存同樣能量所需材料僅為(wèi)其他電(diàn)池的一半，其重量也可(kě)減半。這一優點尤其 為(wèi)電(diàn)動車(chē)行(xíng)業所關注，因為(wèi)小(xiǎo)體(tǐ)積電(diàn)池組對電(diàn)動車(chē)十分有(yǒu)利。然而，锂-空(kōng)氣電(diàn)池想要在成本和(hé)使用壽命上(shàng)比肩傳統的锂離子電(diàn)池、達到“穩定生(shēng)産期”，還(hái)有(yǒu)很(hěn)長 的路要走。
Viswanathan研究的價值在于幫助我們預測不同電(diàn)池技(jì)術(shù)的發展階段。雖然創新技(jì)術(shù)如雨後春筍，在便攜式電(diàn)子設備、電(diàn) 動車(chē)、電(diàn)網設備等方面，锂離子電(diàn)池仍然是赢家(jiā)。也許在數(shù)年內(nèi)，我們就能見證锂-空(kōng)氣電(diàn)池超越锂離子電(diàn)池，電(diàn)動車(chē)相對于汽油、柴油車(chē)的競争力大(dà)幅提升。但(dàn)是 锂-空(kōng)氣電(diàn)池仍處在“啓蒙上(shàng)升期”，要達到锂離子電(diàn)池的水(shuǐ)平還(hái)有(yǒu)很(hěn)長的路要走，更不用說與化石燃料競争。
