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新的化学物质争相重新加入未来手机的电源行列，但锂离子电池依然不会不存在一段时间，阿比盖尔·贝尔写到。图片来源：Steve Zylius / UCI不管是笔记本电脑还是手机，你每天总要中用好几个锂离子电池。自从上世纪90年代上市以来，这些可充电电池让我们的电脑和电子设备变为可移动的，如今就连汽车都电动了。
但锂离子电池并非十全十美。世界上的锂供应量是受限的，企业和消费者对电池的安全性、寿命、容量的市场需求大大提高，而且电动汽车和电网蓄能等新的电池用途也在很快兴起。为了符合这些市场需求，新一代电池的研发将沦为竞争焦点，但它们不会是什么样子、不会比现在的电池有哪些改良，都还是未知数。能源日新月异一个负极、一个负极和一些电解质就包含了最简单的电池。
带上负电荷的电子通过电解质从负极流向负极，就构成了电流。负极一般来说用于锂金属氧化物生产，具有这种负极的就被称作锂离子电池。
锂离子电池之所以最常用，是因为它们能量容纳亲率最低，需要放入像你的手机这么小的空间里。在电池和静电时，锂离子电池的能量密度是传统可充电电池的3倍。大多数锂离子电池由石墨负极和液态有机电解质包含。
为了防止电池中正负极认识再次发生短路，两极之间以一小片薄薄的可渗透聚丙烯（一种塑料）加以隔绝。如果这一屏障开裂或蚀怕，于是以负电极就不会认识，电池不会公里／小时痉挛。电池中还充满著了会在发热时发生爆炸的可燃电解质，只要一次短路就能只能将其唤起。
如果堵住被揭露，液态电解质还不会外泄。改良电解质为了解决问题上述问题，研究者们正在找寻固态电解质作为替代。“目前的局限在于液态电解质，”德州大学奥斯汀分校的机械工程与材料科学教授约翰·班宁斯特·古代迪纳夫如是说。
他说道，电解质容许了电池电池和静电的次数，以及电池的电池速度和能量储存。新一代电池还是锂离子的，但不会用于有所不同的电解质。比如，它们可能会用固态电解质替换液态的。
对电解质的拒绝是很高的。它必需能导电、耐高压而且在长时间内维持电化学和热学上的稳定性状。这就是为什么研发固态电解质如此艰难的原因。去年，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究者们研发出有一种固态电解质，其效率可以与一般来说的液态电解质相媲美。
它在室温下的导电亲率与液态电解质非常，而且在150摄氏度高温之下仍能保持稳定。相比之下，液态电解质在如此低的温度下就不会经常出现安全性风险。2016年丰田公司的研究者公开发表一篇论文，阐释了一种可以在短短7分钟内已完成电池的固态锂离子电池。
锂硫电池是另一种很有前途的电池，用于的化学物质截然不同。从理论上说道，这种电池的容量相当大，且所用的硫储量非常丰富。成本更加较低、寿命更长随着电动汽车和电网蓄能等用途的兴起，电池市场需求的减少，近年来电池成本早已显著上升。
但为了让电动汽车价格更加合理、行经里程更长，电池还必需更进一步降低生产成本、缩短使用寿命。2014年，专心于可持续技术的英国庄信万丰公司并购了常州的一家电池研究机构，为的就是提升汽车的电池效率。该公司回应，汽车所用电池的日历寿命必须迅速与车辆的寿命相若，有可能超过10至15年。
这意味著电池寿命将仍然是顾客拒绝接受出售电动汽车的理由。目前，大多数制造商可以确保电池的寿命为8年左右，或者10万英里。
美国阿尔贡国家实验室能量存储与材料科学牵头研究中心的程雷（音）说道，锂离子电池的仅次于缺点之一是容量不会随着时间而增大。“这是由电池、静电以及电池静置时不必要的化学反应导致的。”这个问题在高温持续性更为相当严重。
此外，由于用于了钴和锂等金属以及缺少经济的重复使用手段，锂离子电池依然非常便宜。这是促成人们找寻替代化学物质的另一个原因。
大规格电池的最佳自由选择是用无有序晶体结构的固态电解质替换液态电解质。古代迪纳夫说道：“电解质是现成的，但研发用于它的电池则尚待取得许可协议。”电网蓄能除了电动汽车，电网蓄能也是一个大规格电池起到日益最重要的领域。太阳能和风能是间歇性能源，其在特定时间的可再生电力发电量不受天气左右。
电池则可以通过有效地存储能量协助平稳电网。程雷说道：“在电网蓄能市场上，硫离子电池可以沦为锂离子电池的经济替代品。
”硫离子电池的工作方式与锂离子相近，但所用于的硫的供应则要平稳得多。华威大学的艾玛·尼克德里克博士也寄予厚望硫离子电池。她说道：“这是锂离子电池的低成本替代品，尽管还方兴未艾，但该技术有可能转入工艺性和耐久性研究。
”程雷补足说道：“液流电池也是一种很好的自由选择，因为它们的储能规模很更容易不断扩大。液流电池包括了两种化合物，中间被一层薄膜分隔。
这两种化合物可以穿越薄膜产生化学能，但也能返回原位给电池电池。”除以上之外还有很多其他的自由选择。今年2月，加州大学尔湾分校的科学家们用上了可以电池数百次的金纳米线电池，这是其他电池所无法比拟的。
该团队期望有一天需要生产出有可以无限次电池的电池。石墨烯未来也有可能沦为电池的组成部分。
西班牙的Grabat公司说道，他们的石墨烯电池单次电池可可供电动汽车行经500英里。相比之下，特斯拉3型差使一次电不能跑完215英里。
尽管没有人可以清楚应验新一代电池不会是什么样子，但有很多人在希望解决问题这一问题。从液流电池到硫离子电池的众多新的自由选择都还在开发阶段，锂离子电池才会用上非常一段时间。“未来五年依然是锂电子电池的天下。
”剑桥大学的刘涛（音）博士如是说。与此同时，科学家们也在希望探寻锂离子电池的重复使用方法。这不会增加锂矿铁矿的环境影响，而锂矿铁矿也是一个成本高昂的工序。
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