梦幻电池来了？能量密度是现有锂电池4倍，锂空气电池有望2030年代前半期

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Ceder正在研究一种叫做无序岩盐8的替代正极。原理是锂离子可以在晶体正极中蜿蜒穿行，而不是沿着有序的路径层层穿过，因此正极几乎可以用任何过渡金属制成。Ceder的团队倾向于锰和钛。他预计第一批带有DRX正极的电池将比目前的锂离子电池更便宜，并达到相当的能量密度。也许最终的目标是摆脱锂本身——由于需求的激增和供应的瓶颈。研究人员曾尝试用镁、钙、铝和锌等大量其他材料替代锂，但在钠方面的工作最为先进。钠在元素周期表中位于锂的正下方，使其原子更重更大，但具有相似的化学性质。这意味着锂电池开发和制造的许多经验教训可以复制到钠电池上。而且钠更容易获得:它在地壳中的含量大约是锂的1000倍。Ceder认为，钠电池的成本最终可能在每千瓦时50美元左右。钠电池已经投入商业化生产。比亚迪第一家钠离子电池厂已经破土动工，中国汽车制造商奇瑞、江淮今年都宣布推出钠离子电池驱动的经济型汽车，这些小型车的标价预计在1万美元左右。从好的方面来看，钠的原子尺寸更大，为正极层状金属氧化物提供了更多的选择，研究人员还可以用钠制造一种无负极的固态电池。但钠电池的问题不是没有。与锂相比，钠的重量更重，从根本上说，很难达到高能量密度——钠离子电池的能量密度现在大致相当于十年前最好的锂离子电池。宁德时代的钠电池在2021年达到了160Wh/kg的宣传能量密度，据报道，价格为每千瓦时77美元。宁德时代表示，下一代钠电池的能量密度将提高到200Wh/kg。较低的能量密度意味着续航范围有限。预计使用钠电池的超紧凑型汽车的续航里程约为250-300公里，而锂电池驱动的特斯拉Model S的续航里程接近600公里。另外一些公司，包括英国的Faradion和瑞典的Northvolt，正在推广他们的钠电池(能量密度也都被公告为160Wh/kg)，为电网储存多余的可再生能源。电池需要更环保《自然》杂志指出，新电池的开发工作漫长而繁重，因为材料的性能并不总是可预测的。不过，人工智能(AI)和自动合成将提供帮助。例如，美国能源部位于华盛顿州的西北太平洋国家实验室正在与微软公司合作，迅速研发出新的电池材料，以这种方式发现的锂钠固体电解质目前正处于初步测试阶段。关于动力电池的未来，专家们说，我们很可能会在未来的汽车上看到一系列的电池——就像今天的2缸、4缸和6缸发动机一样。例如，我们可能会在低端汽车、叉车或专业车辆上看到钠电池或磷酸铁锂电池；可能会有使用硅负极或岩盐正极的锂离子电池，或者全固态电池用于中档汽车；可能会有用于高端汽车或飞行汽车的锂金属电池甚至锂空气电池。但这些都还有很多工作要做。 “所有尚未商业化的化学物质都各有其优缺点。”位于弗吉尼亚州的美国能源部车辆技术办公室的化学工程师布莱恩·坎宁安称，“我们的工作就是消除所有这些弊端。”

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