卡內(nèi)基梅隆大學(xué)提出的技術(shù)成長曲線告訴我們，諸多新技術(shù)想要與鋰離子電池競爭還有多遠(yuǎn)的路要走。

每隔幾周我們都能看到爆炸性新聞，聲稱發(fā)現(xiàn)了電池技術(shù)的圣杯，將來我們可以運(yùn)用該技術(shù)在幾分鐘內(nèi)給智能手機(jī)充滿電、開電動汽車行駛數(shù)百英里、開發(fā)廉價可靠的可再生能源存儲手段。

然而，這些顛覆游戲規(guī)則的電池似乎并沒有在頭條新聞之外的地方大顯身手。這是怎么回事呢？

卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的助理教授VenkatViswanathan提出了同樣的問題。在最近發(fā)表的論文中，他和他的同事提出了一個量化電池化學(xué)研究進(jìn)展的技術(shù)成長曲線（hypecycle）。

這些研究人員統(tǒng)計新發(fā)表有關(guān)特定電池化學(xué)機(jī)制的技術(shù)論文，以確定該技術(shù)在技術(shù)成長曲線中的位置：從創(chuàng)新出發(fā)點(diǎn)、期望膨脹頂峰到最終的穩(wěn)定生產(chǎn)期。最后這一階段正是當(dāng)前鋰離子電池所處的位置。

這個圖表展示了一些類型各異的電池技術(shù)。錳離子電池、鈉離子電池、鋰-硫電池的工作原理都與鋰離子電池在某種程度上類似，但它們在能量密度（決定了電池有多小，或多輕）和成本上有擊敗鋰離子電池的潛力。譬如，由于硫的價格低廉，相比于當(dāng)今的鋰離子電池，鋰-硫電池有潛力大幅降低成本。然而目前的鋰-硫電池并不穩(wěn)定，易出現(xiàn)能效大幅下降和自放電。并且，當(dāng)離子在電池中運(yùn)動時，鋰-硫電池的電極可能膨大80%，如此一來就很難找到維持電池形態(tài)的材料。不過鋰-硫電池是最有前景的技術(shù)之一，其發(fā)展過程剛剛越過了Viswanathan及其學(xué)生所指出的期望膨脹頂峰。

鋰-空氣電池是除了鋰離子電池外唯一越過泡沫破裂低谷并走向啟蒙上升期的電池。鋰-空氣電池的儲能技術(shù)完全不同，擊敗鋰離子電池的潛力極大。這種電池的用金屬鋰做負(fù)極，在正極一端直接與空氣中的氧氣反應(yīng)。由于反應(yīng)物之一是空氣，理論上講，該電池儲存同樣能量所需材料僅為其他電池的一半，其重量也可減半。這一優(yōu)點(diǎn)尤其為電動汽車行業(yè)所關(guān)注，因?yàn)樾◇w積電池組對電動汽車十分有利。然而，鋰-空氣電池想要在成本和使用壽命上比肩傳統(tǒng)的鋰離子電池、達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)期，還有很長的路要走。

Viswanathan研究的價值在于幫助我們預(yù)測不同電池技術(shù)的發(fā)展階段。雖然創(chuàng)新技術(shù)如雨后春筍，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車、電網(wǎng)設(shè)備等方面，鋰離子電池仍然是贏家。也許在數(shù)年內(nèi)，我們就能見證鋰-空氣電池超越鋰離子電池，電動汽車相關(guān)于汽油、柴油車的競爭力大幅提升。但是鋰-空氣電池仍處在啟蒙上升期，要達(dá)到鋰離子電池的水平還有很長的路要走，更不用說與化石燃料競爭