工程师问答:电池技术和电气化的未来

无论是对正在进行的从化石燃料向电动汽车的转变，还是对加强电网以应对间歇性可再生能源发电来说，能源储存都变得越来越重要。电池是工程研究的主要焦点，也是英国工业战略的关键部分。工程师采访了英国和英国的专家。

你是否看到新的电池技术(即非常规锂离子)正在接近市场?

交流:我们对电池化学发展的未来感到非常兴奋。电池技术不断改进和进步，例如探索石墨烯作为锂离子的替代品或完全放弃贵金属，正在不断推动该行业的发展。

DS:目前在研发层面上有很多进展，人们试图克服锂离子电池的局限性——延长寿命、提高能量密度和提高安全性是人们正在努力解决的主要挑战。值得记住的是，自20世纪70年代以来，锂离子电池就已经商业化，用了50年的时间才达到我们现在的水平。在不久的将来，要想有效地取代锂离子电池，新技术需要具有革命性，而不是渐进式。

AG:在电池研究中总是有很多创新;最大的问题是哪一种技术将会成为商业产品。目前，全世界的注意力都集中在固态电池上，它们具有更高的能量密度和更低的火灾风险，但这些电池需要多长时间才能上市(如果有的话)，目前还不得而知。在液流电池方面也有一些有趣的工作，对于某些应用来说，它们可能非常有用。当然，我也不得不提到无机电解质系统的兴起和创力开发的新型电池，这些电池具有非常有趣的特性，包括超长的循环寿命、超高的能量密度和零火灾风险，因为电解质是不可燃的。

“要在不久的将来取代锂离子电池，新技术需要是革命性的，而不是渐进式的。”戴夫·桑德尔斯，超光速引擎

当前技术的增量发展是否足以满足我们在汽车和电网存储方面的需求?

交流:锂离子电池背后有一个临界质量，这一成熟技术的逐步发展得益于广泛的创新和进步。但彻底的改变可能会解决该行业目前面临的一些问题，比如成本、零部件供应和浪费。

在电池回收过程中，为了确保所有的部件和金属都被捕获，当然需要一个步骤的改变。我们不希望锂储量不足时出现新的“化石燃料”局面。

DS:我认为我们确实需要一步一步地改变，使电池成为电网存储等应用的“首选”技术。目前，在某些情况下，电池技术绝对是有意义的，但要成为事实上的标准，还需要更多的创新。

SM:该领域的新技术很难从研究项目转化为持久的基础设施应用。现在有多种成熟的存储技术能够满足我们的需求。

AG:为了真正跨越运输电气化和可再生能源存储的鸿沟，我们需要更高的能量密度，因为这既能实现应用，又能大幅降低成本。使用有机电解质的传统锂离子电池既不能达到所需的能量密度，也不能达到使用寿命。人们普遍认为，传统锂离子电池的理论极限为500 Wh/kg，实际极限为400 Wh/kg，世界需要的汽车和储能电池可以达到600 - 1000 Wh/kg。人们越来越关注废旧电池的安全处理或回收——延长使用寿命可能是减缓废旧电池指数增长的最大杠杆。

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英国在电池技术方面是否处于有利地位?

交流:英国处于强势地位。我们有许多开创性的个人和组织在引领电池存储技术的进步，但我们希望看到更多的政府支持。储能技术将在缓解气候危机方面发挥重要作用。我们希望鼓励政府加大对这项技术的投资，以加快创新，保持英国在全球市场的领先地位。

DS:英国拥有英国电池工业化中心(UKBIC)等组织，以及法拉第电池挑战和推动电力革命(DER)等倡议，确保英国在电池行业发挥主导作用。为电池制造、电池回收和电池技术等问题找到真正令人信服的答案，将确保英国保持在行业的前沿。

SM:我们的首相自豪地宣称，英国在电池技术发展方面处于领先地位，他的乐观肯定是有道理的。其中一个例子是我们参与的一个名为牛津能源超级中心(ESO)的项目，该项目旨在部署世界上最大的混合动力电池系统之一，以支持牛津电动汽车充电能力的加速，并为住宅物业提供地源热泵的动力。

然而，在实际政策方面，还可以做得更多，允许电网运营商在整个市场上更灵活地签订合同，并提供更具吸引力的长期辅助服务合同，为实现英国的脱碳目标提供正确的激励。

AG:英国有一流的大学，在电池研究方面也有很好的记录。事实上，有机锂离子电池的开创性工作是在牛津大学进行的。英国缺乏的是鼓励和培养电池技术创新者的手段。

“我们希望鼓励政府加大投资……加速创新”Amrit Chandan, acceleron

汽车原始设备制造商在电池开发和测试中可能扮演什么角色?

DS:汽车原始设备制造商有足够的规模和能力来帮助定义电池开发和测试的未来。整车厂目前的优势在于他们在大批量生产中优化成本的能力，这是未来电池技术广泛采用的关键。原始设备制造商的一个潜在弱点是，他们不愿为非常长远的未来投资。开发新技术需要大量的时间和投资，才能看到可观的回报。

SM汽车原始设备制造商在大幅降低传统锂电池和铅酸电池成本方面发挥了重要作用。然而，这些最初为电动汽车和消费电子产品设计的技术是否会成为未来电网规模应用的最佳选择，还有待观察。

AG:毫无疑问，汽车制造商将成为这场运动的领导者，但他们也意识到，与电池制造商和电池创新者的合作关系对于将新技术推向市场至关重要。电池技术从实验室研究到商业产品可能需要10-20年的时间，但世界已经开始在人们生活的方方面面依赖电池。如果我们真的要实现向电气化的过渡，我们需要将上市时间加快四分之三。