不想要石頭製成的電池嗎？ 我們是否正在經歷充電電池領域的一場新革命？ 今天就講到這一切。
世界各地長期以來一直在展開一場旨在實現所謂綠色能源最大可能效率的競賽。 不向大氣排放溫室氣體的可再生能源是我們文明的未來，這一點無人懷疑。 這不再只是一個夢想，而是當今的需要。 科學家們越來越多地敲響警鐘，敦促我們節約用電，盡量高效地使用電器。
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大多數設備使用電池或 電池，從老式隨身聽播放器到基於鋰離子技術 (Li-ion) 的最新智能手機或電動汽車。 儘管它們不是非常節能和耐用，但它們已在大多數電器和技術設備中使用多年。 此外，隨著時間的推移，它們的處置成為我們環境生態狀況的一個現實問題。
鋰離子電池幾乎隨處可見，因為它們便宜且性能高。 隨著這些電池的成本在過去十年中顯著下降，它們正成為長期使用的最可行的替代品，僅僅是因為它們的數量充足。 如今，這些電池實現了低成本和更高的能量密度，並不是通過技術突破，而是通過對製造方法、工具和效率進行簡單而持久的工程優化。
然而，隨著新的電力生產方法和技術的發展，對高效存儲方法的需求不斷增長。 在小規模上，這沒有問題 - 解決方案是各種類型的電池和蓄電池，它們與電力本身一樣明顯是現實的元素。
它們用於為手機、各種類型的照明供電，曾經需要它們來使用手電筒或音樂播放器，儘管所有這些現在都在我們的智能手機中。 但如何儲存整個家庭所需的能源呢？ 事實證明，電池在這種情況下也能派上用場。 當然，我們談論的不是商店裡流行的“手指”類型的電池，而是全新的設備，它們本身就是令人興奮的工程成就。
為了開發能夠在性能、成本和耐用性方面與鋰離子電池競爭的新型電池，研究已經進行了相當長的一段時間。
其中許多新技術並不是全新的。 從本質上講，它們的工作原理與鋰離子電池類似，但使用不同的材料。 以下是一些最有趣的技術示例，這些技術可能很快就會徹底改變能源存儲領域。
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與其他電池不同，這種類型的電池不使用液體或凝膠電解質，而是固體形式。 這種電解質通常是陶瓷、玻璃、聚合物或亞硫酸鹽的形式。 固態電池效率更高，因為它們在與鋰離子電池相同的尺寸下提供更多的能量。 它們具有巨大的潛力，特別是在電動汽車動力領域。
固態電池有潛力解決當今鋰離子電池的上述大部分問題。 通過使用鹼金屬（鋰、鈉或鉀）陽極，玻璃固態電池的能量密度可以提高三倍，從而提高陰極的能量密度並提供較長的使用壽命。 固體電解質被認為是不易燃的或至少能抵抗自燃。 固態電池的不易燃特性還降低了過熱風險，使電池包裝得更緊密，從而提高了設計靈活性和體積密度。
人們對這些電池寄予厚望，因為它們的使用壽命更長。 這在當今世界是一個很大的優勢。
然而，固態電池目前的技術準備水平較低，基礎研究仍在進行中，導致對高生產成本和可擴展性的不確定性和擔憂。 挑戰還在於將固體電解質引入與現代製造實踐兼容的工藝中，該工藝不應影響最終產品的耐用性或成本，此外，還應增加諸如更好的能量和功率密度、更高的安全性等優勢。和更高的吞吐量。
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鋰硫（Li-S）電池（不要與“鋰硫電池”混淆 - 這些永恆的電池是由烏克蘭人的爭議推動的）自上世紀 60 年代開始開發和研究，作為一種有效的設備利用可逆電化學反應儲存能量。 儘管鋰離子電池（LIB）技術快速發展和商業化，但在解決未來幾十年鋰離子電池面臨的關鍵技術挑戰方面尚未取得突破。 因此，在2000年代，鋰硫電池因其低成本和高理論比能量的優勢重新引起了開發商的極大興趣。 這些指標幾乎比目前鋰離子電池的特性高出3倍。 低成本和高硫含量（即活性正極材料）使鋰硫電池比鋰離子電池更具吸引力，因為後者在正極生產中使用鈷和鎳等關鍵材料。
在鋰硫電池中，陰極（電池中的兩個電極之一）將由硫製成。 該元素比傳統的鎳和鈷更加平衡。 這種電池比鋰離子電池更高效。 這顯然可以延長使用它們的汽車的續航里程。 可以說，這些電池的一大優點是硫是一種廉價且廣泛使用的原材料。 同時，這種電池的生產工藝與鋰離子電池的生產工藝非常相似，這意味著可以使用相同的設備和生產能力來生產它們。
這些類型電池的另一個優點是其製造所需的能量較少，幾乎減少了 25%。 所有這些特點都可以使鋰硫電池的生產非常有利可圖。
事態的發展已經如火如荼地進行。 Lyten 公司在這一領域取得了特別重大的成功。 它已經擁有完整的LytCell EV電池平台。 該公司表示，其電池比當今的鋰離子電池更便宜、更安全，可在本世紀中期用於美國批量生產的電動汽車。
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這種電池的工作原理是利用空氣氧化鐵的過程。 在充電過程中，氧化物質在稱為反向氧化的過程中轉化回鐵。 鐵空氣電池預計將在不久的將來得到廣泛應用，主要是因為它們的儲能時間比鋰離子電池長近 25 倍。
由於鐵和空氣的儲量都非常大，這種電池的成本肯定會低得多。 據測算，它們的價格可比現有電池低10倍左右！ 不幸的是，這種電池有一個顯著的缺點——由於鐵氧化速度較慢，充電可能需要很長時間。
在著名的麻省理工學院（MIT）基礎上誕生的初創公司Form Energy正在成功開發鐵空氣電池。 據開發商稱，Form Energy電池比鋰電池便宜十倍，並且使用世界上儲量豐富的鐵。 同時，鐵空氣電池比鋰電池使用壽命更長，而且由於不易燃而更安全。
目前看到的唯一缺點是這些電池充電速度慢，這使得它們比鋰電池不太可行，例如在筆記本電腦或智能手機中。 另一方面，它們是國家電網層面儲能的絕佳解決方案，因為它們可以提供100小時的儲能，比鋰電池的續航時間長得多，鋰電池的續航時間可達小時。 通過這種方式，它們可以促進大型太陽能園區和風電場的整合。
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新型電池的另一個有趣的例子是那些儲存熱量而不是電力的電池。 例如，以色列布倫米勒能源公司正在研究使用岩石等替代材料來儲存熱能。 自 2012 年以來，Brenmiller Energy 首先使用碎石發電，然後用於熱能儲存。 這些技術又可以用於各種目的，例如工業中。
有趣的是，利用碎石儲存能量的想法並不是全新的。 擁有許多值得稱讚的新技術的NASA自上世紀七十年代以來一直在測試熱能存儲技術。 與傳統電池不同，這家以色列公司生產的電池利用能量產生蒸汽、熱水或熱空氣。 Brenmiller Energy 表示，其名為 Tempo 的工廠將能夠儲存高達 35 MWh 的能源，每小時可產生 14 噸蒸汽。
這對於以色列經濟非常重要，該國高達 45% 的能源相關排放來自工業供熱行業。 該項目旨在取代使用傳統化石燃料的蒸汽鍋爐。
新的現實需要新的解決方案。 新型電池的出現將有助於節能領域技術的發展。 也許幾年後，您的筆記本電腦或智能手機將不再需要每天充電，因為一次充電可以使用一個月，甚至一年。 同時，新型電池不僅可以節省能源，還有助於保護環境。
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