一、水和鋅基電池

安全、高能量密度、壽命長

美國·馬里蘭大學

馬里蘭大學的研究人員在一種新的水和鋅基電池上取得重大突破，未來或將用于手機電腦等消費產品。該技術由美國陸軍研究實驗室和美國國家標準與技術研究院在《自然資源》雜志上發表。

鋅和水的組合對于解決安全問題特別有效，據研究人員稱，新電池不會像手機和筆記本電腦中普遍使用的鋰離子電池一樣具有火災風險，同時在壽命方面也超越鋰電池，能量密度也不遜于鋰電池。

比利時校際微電子中心研制出一種導電性突出的固態納米復合材料電解質，基于這種新電解質研制電池能量密度達到每升200瓦時，充電速度為兩小時。

二、新型固態鋰電池

快充、安全、壽命長

比利時·校際微電子中心

比利時校際微電子中心研制出一種固態納米復合材料電解質，導電性尤其突出，高達每厘米10毫西門子，而且今后有望進一步提升。校際微電子中心已使用這種新電解質制造出一個電池原型。這個電池原型的能量密度達到每升200瓦時，充電速度為兩小時。

為了進一步提升電池性能，校際微電子中心正研究把納米顆粒電極與納米復合材料電解質結合在一起，使用超薄涂層作為緩沖層，以控制活性電極和電解質之間的相互作用。

這種固態電池兼容金屬鋰陽極，目標為0.5小時充滿每升1000瓦時。再加上使用壽命長、安全性能高，從而使這種小巧的電池前景廣闊，未來可應用于遠程電動車。

三、鎂固態電池

低成本、高能量密度

美國·能源部國家再生能源實驗室

能源部國家再生能源實驗室美國(NREL)成功研發出鎂固態電池，且該電池原型能量密度與材料成本皆比鋰離子電池佳。

電池離子透過電解質在正負極之間流動，借由電化學反應為電池供電，且該反應必須是可逆的，不然無法為電池充電，但鎂電池中的碳酸鹽電解質在充放電循環中容易在鎂表面形成阻擋層，阻礙電池充電。雖然鎂也可以透過高腐蝕性液態電解質充放電，但假如采用腐蝕性電解質，鎂電池將無法在高電壓下運作，也有安全疑慮。

目前研究人員已成功打造鎂固態電池原型，研究指出，被保護的鎂陽極也可在碳酸鹽電解質中充電，且可提供更多能量。此外，研究團隊除了成功研發出可循環充電的鎂電池，也提供陽極與電解質不相容解決途徑跟破解陰極對離子的局限。

四、循環壽命達10000次的鎳鋅電池

循環壽命長、安全環保

中國·大連理工大學

大連理工大學能源與動力學院李明強副教授課題組在綠色動力電池方面取得重大突破，使鎳鋅電池循環壽命提高了10倍。

鎳鋅電池作為一種古老的動力電池，有著諸多優點，尤其安全環保的特點最適合驅動電動客車。但目前商業化的鎳鋅電池普遍存在循環壽命短的問題，循環壽命很少超過1000次，大大限制了其在電動車上的應用。

李明強課題組利用氧化鋅對石墨烯的原位剪裁技術，構建新型鎳鋅電池負極材料，應用于二次電池中。電池的循環壽命可達10000次，容量衰減率僅為0.0011%，最大放電容量為2603mAh/g，有效解決了鎳鋅電池負極循環壽命低的問題。

目前，課題組已成果組裝了基于該類電池的電動自行車和5千瓦的液流儲能電池模塊，并在相關企業進行了試生產。

五、循環超700次的鋰空氣電池

高比容量、較好循環壽命

美國

鋰空氣電池是一種非常有潛力的高比容量電池技術，其利用鋰金屬與氧氣的可逆反應，理論能量密度上限達到11000Wh/kg，遠超過鋰電池目前的實際能量密度，因此得到了學術界和工業界的熱捧，被廣泛認為是一項電池領域中未來的顛覆技術。

然而鋰空氣電池反應機理復雜、極化大效率低、循環壽命不佳，有人認為并不是未來電池工業的靠譜發展方向。

近期美國科學家在鋰空氣電池的研究方面達成了突破，成功制成了可在類空氣氣氛中循環超700次的電池，很好的解決了之前很多體系只能與純氧反應、循環壽命差的問題，在該領域的科學研究層面取得了重大進展。

六、鈦鈮材料鋰電池

高能量密度、快充、損耗率低

日本·東芝

東芝官方近期宣布已成功研發新一代車用鋰離子電池，有望在2019年商用。該電池采用鈦鈮氧化物陽極材料，相對目前三元、磷酸鐵鋰等技術，實現了一個顛覆性的進步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優點，只需充電6分鐘就能達到90%的電量，在日本JC08測試標準下，可行駛320公里。目前鋰電池平均需要30分鐘才能充至80%電量。

同時，該電池在充放電5000次之后，仍能保持90%以上的電池容量，損耗率極低。而且在零下10度的低溫環境中也能實現快充，在零下30度仍可正常使用。照此計算，如果每天充電一次，該電池可使用近14年。

七、可恢復容量的電池

循環壽命長、環保

新加坡·南洋理工大學

近期，新加坡南洋理工大學的科研人員成功研發一項新的電池技術，讓用舊的老電池在10小時內恢復至95%的容量，讓電池“返老還童”。

這項新技術是在每個鋰離子電池中已有的兩電極間增加第三電極，從而將殘留的鋰離子從一極排出到另一極，去除影響電池性能的“雜質”。因為天然屬性限制，鋰電池使用時間越長，容量就睡損失越明顯，一般300-500次充放電循環后就會損失15-20%的容量，而且無法逆轉。

這一發明既能延長電池使用壽命，也有利于環保，蘋果、三星和松下等產業巨頭都對這項發明興趣濃厚。

八、硫模板技術讓鋰電池再“瘦身”

小體積、高容量

中國·天津大學

天津大學楊全紅研究團隊創新提出“硫模板法”，通過對高體積能量密度鋰離子電池負極材料設計，最終完成石墨烯對活性顆粒包裹的“量體裁衣”。借助這一技術，未來鋰離子電池有望進一步“瘦身”，變得更輕薄耐用。

納米技術可以使電池“更輕”，但由于納米材料較低的密度，“更小”成為橫亙在儲能領域科研工作者面前的一道難題。碳納米材料構建的碳籠結構被認為是解決錫、硅等非碳負極材料嵌鋰時巨大體積膨脹問題的主要手段，對碳籠結構的精確定制是新型高性能負極材料產業化必由之路。

楊全紅團隊基于石墨烯界面組裝，發明了對致密多孔碳籠精確定制的硫模板技術，利用石墨烯凝膠的毛細蒸發致密化策略，成功解決了碳材料高密度和孔隙率“魚和熊掌不可兼得”的瓶頸問題，成功得到了高密度的多孔碳材料。這種基于石墨烯組裝的碳籠結構“量體裁衣”的設計思想可以拓展為普適化的下一代高能鋰離子電池和鋰硫電池、鋰空氣電池等電極材料的構建策略，從而使儲能電池有望實現“小體積”“高容量”。

九、減少鋰金屬電池鋰晶枝生成

高能量密度、循環壽命長、安全

美國·亞利桑那州立大學

對高密度儲能技術而言，鋰金屬電池是最具前景的電池產品之一。美國亞利桑那州立大學的研究人員將3D聚二甲基硅氧烷層或硅樹脂層用作鋰金屬陽極的基材，用以緩解鋰晶枝的生成。該方法或將延長電池使用壽命，消除鋰離子電池及鋰空氣電池的安全風險。

該研究的內容包括：向電池陽極下方新增一層PDMS，以大幅減少鋰晶枝增長，這與鋰金屬內部的累計應力有直接關聯性，而褶皺狀的PDMS基材對于緩解應力將起到積極作用。另外，利用PDMS基材多面性立體結構，可以延長鋰金屬電池的使用壽命，同時維持其高能量密度。

十、鋰硫電池電極新材料

高容量、低重量

韓國·科學技術院

近期，韓國科學技術院開發了一種全新的鋰硫電池電極材料，可以抓取碳素纖維之間的硫，這類似于毛細管對水的吸收現象。這種鋰硫電池具有低重量和高容量的優點，有望實現商用化。

從理論上講，鋰硫電池與鋰離子電池相比，能量密度高出了約6倍以上。不過，硫的電導率較低，在充電和放電的過程中也會發生體積變化，鋰的多硫化物中間相作為電解質熔化而排出，這阻礙了鋰硫電池的商用化。

為了克服現有碳材料的缺點，研究團隊通過電噴射制作出大量的一維形態的碳纖維，固體硫粉末被泥漿打濕后干燥，從而開發出接觸電阻大幅減少的硫碳電極。

與現有的電極制造方式完全不同，在金屬蓄電體上涂上電極物質，電極的結構發生了明顯變化，此舉將有利于拓寬未來鋰離子電池的研究范圍。這項研究成果標志著高容量鋰硫電池的開發又邁進了一步，未來還有望應用于電動汽車和無人飛機。