如今，鋰電池已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚脑O(shè)備。廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、可穿戴設(shè)備、新能源汽車等領(lǐng)域。它幾乎是“到處都是鋰”。然而，鋰電池也有明顯的缺點(diǎn)：生產(chǎn)鋰電池的成本高，原材料儲(chǔ)備少。有鑒于此，許多國(guó)家的政府和企業(yè)都加快了步伐，規(guī)劃了“后鋰電池”時(shí)代。例如，歐洲的一些機(jī)構(gòu)致力于開(kāi)發(fā)鎂電池和鋅電池，而寧德時(shí)代已經(jīng)推出了鈉電池。正如日本經(jīng)濟(jì)新聞雜志網(wǎng)站在最近的一份報(bào)告中指出的那樣，圍繞鋰電池替代品的全球競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開(kāi)始！

鋰電池誕生于20世紀(jì)60年代，90年代由日本索尼公司開(kāi)始商業(yè)化。與“前輩”鎳氫電池和鉛酸電池相比，它能儲(chǔ)存更多的電能?，F(xiàn)在它已經(jīng)飛入普通百姓的家中，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、個(gè)人電腦、智能手機(jī)等產(chǎn)品；它還可以儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能，使一個(gè)沒(méi)有化石燃料的世界成為可能。

鑒于鋰電池對(duì)人類的巨大貢獻(xiàn)，2019年，三位“鋰電池之父”獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，鋰電池成為當(dāng)今電池行業(yè)的“領(lǐng)頭花”。

但是鋰電池最大的缺點(diǎn)是成本高。這對(duì)智能手機(jī)很有好處。如果你需要大規(guī)模儲(chǔ)存電能，你需要一個(gè)相應(yīng)的大電池。根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的數(shù)據(jù)，使鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能成本達(dá)到23000日元（約1280元）/kW是一個(gè)夢(mèng)想，與抽水蓄能電站的儲(chǔ)能成本相同。

此外，鋰電池原材料鋰、鎳和鈷的原產(chǎn)地分布極不均衡，全球鋰和鈷礦床無(wú)法充分用于生產(chǎn)。地殼中鋰的儲(chǔ)量為0.0065%，全球儲(chǔ)量?jī)H為8600萬(wàn)噸；相比之下，鈉、鎂、鋅的儲(chǔ)量要高得多：地殼中鈉的儲(chǔ)量為2.74%，僅中國(guó)柴達(dá)木盆地的鈉鹽儲(chǔ)量就達(dá)3216億噸；地殼中鎂的含量高達(dá)13.9%。因此，科學(xué)家們把重點(diǎn)放在鎂、鋅和鈉等元素上。例如，英國(guó)的劍橋大學(xué)、丹麥和以色列的著名理工科大學(xué)以及德國(guó)和西班牙的研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起了一個(gè)名為“歐盟鎂互動(dòng)電池社區(qū)”的研究項(xiàng)目（E-Malk）。這項(xiàng)由歐盟基金支持的為期四年的前瞻性項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)能量密度超過(guò)1000瓦時(shí)/升（相當(dāng)于鋰電池的兩倍）的環(huán)保型可充電鎂電池。研究人員說(shuō)，電池使用金屬鎂作為負(fù)極。由于一個(gè)鎂離子攜帶兩個(gè)電子，鎂電池的容量比只能攜帶一個(gè)電子的鋰離子電池的容量翻了一番。目前，研制成功的鎂電池可充放電500次以上。據(jù)報(bào)道，在2020，休士頓大學(xué)Yao Yan教授和北美洲豐田研究中心的研究小組成功開(kāi)發(fā)了一種非常有前途的高能鎂電池。其潛在應(yīng)用包括電動(dòng)汽車、可再生能源系統(tǒng)的蓄電池等。盡管電池僅連續(xù)充電和放電200多次，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們找到了更安全、更高性能鎂電池的研究方向：正極采用有機(jī)化合物，負(fù)極采用芘四酮（PTO），實(shí)現(xiàn)快速可逆的氧化還原過(guò)程，而基于硼團(tuán)簇的弱配位電解質(zhì)使離子移動(dòng)更快。這種先進(jìn)的陰極和電解液設(shè)計(jì)對(duì)鎂電池的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，并將加速鎂電池技術(shù)的商業(yè)化。

此外，日本東京都會(huì)大學(xué)的一位教授開(kāi)發(fā)了一種電池，其正極為氧化錳，負(fù)極為金屬鎂?！度毡窘?jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，盡管鎂電池的性能與鋰電池相比仍處于較低水平，但其潛力值得挖掘。今后，研究者將重點(diǎn)關(guān)注電解液的改性，加強(qiáng)電極材料的研究。鋅和鎂一樣引人注目。日本東北大學(xué)副教授hiroming Kobayashi和Ben Jiange教授開(kāi)發(fā)的新型鋅離子電池使用水溶液作為電解液，以取代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，降低電池著火的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和德國(guó)明斯特大學(xué)的研究人員還合作開(kāi)發(fā)了一種由鋅陽(yáng)極、天然石墨陰極和雙離子鹽水溶液組成的“鋅金屬雙離子電池”。

今年7月，中國(guó)寧德時(shí)報(bào)發(fā)布了一款具有世界上最高能量密度和超快充電特性的鈉電池（80%可在15分鐘內(nèi)充電）。預(yù)計(jì)寧德時(shí)報(bào)將繼續(xù)提高鈉電池的能量密度，并有望在2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。

雖然各種替代技術(shù)的研究正在如火如荼地進(jìn)行，但從目前的發(fā)展情況來(lái)看，無(wú)論是鎂電池、鋅電池還是鈉電池，在技術(shù)和材料上仍有許多問(wèn)題有待解決。例如，鎂離子體積小、電荷密度高、極化強(qiáng)，很難嵌入到大多數(shù)基體中形成嵌入化合物。因此，陰極材料的選擇是有限的。有鑒于此，一些科學(xué)家致力于深入挖掘鋰電池的潛力，提高鋰電池的性能，開(kāi)發(fā)質(zhì)量更好的鋰電池。