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,目前致力于用一種“無序巖鹽”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》的采訪時,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。
麻省理工科技評論:您負責的新復合材料研發項目的下一步工作會是什么?
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,那么下一階段便是進行商業化嘗試。
而對于這些材料,首先它們必須有良好的充電-放電速率,以及電池的標準循環壽命。然后,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*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*有希望成功的一次。
麻省理工科技評論:為什么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,并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。
對于電池來說,在這段時間里,材料必須被量產、測試后,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”,現在您還這么認為嗎?
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*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*大問題在于其自身的不穩定性,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*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,對于這一領域,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,出于可靠性的考慮,鋰電池依然是目前的**選擇。
對于其他技術,我并不否認可能會新的技術進入到電能存儲領域,但這個行業巨頭云集,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,因此這并不適用于電能的長期儲存。對此您的看法是怎樣的?
Gerd Ceder:鋰離子電池已經非常便宜了。而對于其他技術,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,而電能儲存市場并不具備這一特點。
再舉個極端的例子:如果你需要把一度電儲存6個月,你愿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,因為化學電池也并不能夠解決所有問題。