自1991年以來，鋰離子電池就已經開始供電。特斯拉已經成功地將它們用于汽車和可再生能源的存儲。它們既昂貴又危險。

鋰電池示意圖。所有電池都遵循相同的一般原則。

尋找新的綠色電池技術還沒有找到任何可行的鋰電池替代品。但過去一年的發展顯示出前景。

任何電池都有兩個端子，標記為正極和負極。在某種情況下，它們具有由電解質隔開的兩個電極。

一個電極即陰極連接到正極端子。另一個是陽極，連接到負極端子。電解質允許電荷在電極之間流動。

收集器將電荷傳導到電池外部的負載。負載是電池運行的任何東西，例如手電筒，筆記本電腦或汽車引擎。

到目前為止，所有商用電池都使用液體電解質。任何曾經看過“干電池”電池的人都知道，一旦電解液浸出，電解液就會變得腐蝕和惡心。幾個研究小組已經完成了更安全的固態電解質測試。

手電筒，便攜式收音機和其他設備長期使用干電池。最終，標準干電池完全放電，只能丟棄。

可充電電池允許來自電池外部的電流反轉電子流。在陽極具有新的電子供應之前，它是正的，而不是從負到正。

鋰離子電池不是唯一的可充電電池，但它們已成為最常見和多功能的電池。

尋找鋰電池的替代品

波特蘭通用電氣鋰離子電池系統

鋰是一種相對稀有的元素，必須從鹽水中提取。除電池之外的其他行業依賴于它，但其在電池中的使用大大增加了對它的需求，因此成本增加。

鋰電池在充電之間不會持續很長時間。但也許他們最嚴重的劣勢來自于他們過熱和著火的傾向。

元素鋰不穩定。科學家多年來一直在尋找安全的化合物。不幸的是，元素鋰可以逃逸并在陽極和陰極之間形成枝晶。它們會導致短路，從而破壞電池。

出于兩個主要原因，尋找鋰離子電池替代品尚未取得突破：

·許多團隊正在研究許多不同的替代方案。他們中的任何一個都可能以某種方式改進鋰電池，但在另一種方式上卻沒有那么好。對鋰離子電池新替代品的所有研究已經產生了許多電池，這些電池在某種程度上更好，但沒有什么明確的好。

·擴大研究范圍以將創新投入生產需要時間和金錢。它可能需要數億美元。擁有這種錢的公司不會在足夠長的時間內進行投資。擁有充足時間的獨立研究實驗室無法在這種規模上籌集資金。

特斯拉在Gigafactory投資約50億美元。研究鋰替代品的研究人員如果將資源匯集到一個基金中，就不會那么多。

幸運的是，我們不需要一種新的綠色電池技術。用于為電子設備供電的功能也不一定必須用于汽車或電網存儲。

電動汽車的新電池技術

寶馬i3充電口

即使新技術在現有技術上有所改進，它們起初也會更加昂貴，并且將面臨來自根深蒂固的產品的競爭。如果它們可以集成到鋰離子電池的制造容量中，它將有助于固態電池的開發。

原則上，固態技術適用于電網存儲和電動車輛電池。高端電動汽車似乎是任何新電池技術商業成功的最快捷途徑。

介紹了用于鋰離子電池的鈷氧化物陰極已超過25年。他在德克薩斯大學奧斯汀分校的團隊制定了一種新的電池化學方法。

它使用鈉離子代替鋰。鈉比鋰更常見，使鈉電池比鋰電池便宜。也許更重要的是，他的團隊用退火的玻璃纖維板制成電解質而不是某種液體。它不會爆炸。

科學家設計了一種用于鎂離子電池的固態電解質。鎂相對于鋰的優勢包括更高的能量密度。

可用的液體電解質證明具有腐蝕性，因此團隊決定探索固體電解質。他們使用鎂鈧硒化物尖晶石代替玻璃。到目前為止，該實驗室尚未生產原型電池。一個瑞士團隊也在研究使用鎂，鈉和固體電解質的電池。

固態電池上市需要至少十年才能上市。

雖然這些固態電池最有可能在電動汽車中找到它們的第一個商業應用，但開發

用于電網存儲的新電池技術

釩液電池可替代鋰離子電池系統-

以下技術不適用于電動汽車，但它們對電網存儲具有很大的希望。在多倫多附近，很難找到商業上可行的鋰電池替代品。

加拿大公司Deltro在那里建造了兩個倉庫大小的鋰離子電池。2018年春季，它們將成為加拿大電網的一部分，這是該國第一個公用事業規模的儲能項目。

特斯拉已經在澳大利亞為風能安裝了公用事業規模的蓄電池。任何新的綠色電池技術都必須與已有的綠色電池技術競爭。

氫燃料電池一直被視為鋰的主要替代品。它們是在19世紀30年代發明的，但是最優秀的人才無法找到經濟地生產它們的方法。

泵送水力發電存儲是目前最便宜的存儲技術。每千瓦時的成本約為100美元，但它僅適用于某些地理位置。特斯拉聲稱它可以制造鋰電池僅比5美元多。

液流電池

麻省理工學院的研究人員已經宣布了一種硫基液流電池，他們估計這種電池的成本僅為每千瓦時20美元。陽極，陰極和電解質都是液流電池中的液體。在這一個中，陽極是水中的硫，陰極是充氣鹽溶液。

硫磺是瀝青砂煉油廠的廢料，價格便宜且豐富。現有庫存已達400萬立方米。因此，硫基電池中的活性材料僅花費1美元/千瓦時，低于幾乎任何其他可充電電池的價格。新電池的密度是泵送水力系統的500至1,000倍。它仍然需要鋰離子來攜帶電荷。

釩液流電池已經存在足夠長的時間，一些公司已接近將其作為替代鋰電池用于電網存儲的市場。然而，它們目前的成本是泵送水力發電機的三到五倍。

鋰電池的其他電網存儲替代品

斯坦福大學的工程師們已經開發出一種電池，其電極由鋁和石墨制成，兩者都比鋰電池更常見。所述電解質主要由尿素，它來自尿液和已經在肥料中的常見成分。與他們嘗試的第一種電解質相比，使用尿素將成本降低了兩個數量級。

電池充電速度快，可以充電和充電數千次。它具有99.7％的庫侖效率，這意味著它將具有較長的生命周期。因此它比鋰離子電池更便宜，更高效，更耐用，但它只有一半的能量密度。

俄勒岡州立大學的研究人員宣布開發出一種不含金屬的水合離子電池。Hydronium是一種改變的水，H3O+。它是第一種被證明對電池有用的非金屬離子。它使用稀硫酸作為電解質，這是一種豐富的可再生物質。

這些創新幾乎不代表過去一年中所有新的綠色電池技術。科學家們還在柔性電池方面取得了突破，例如印在織物上的可穿戴電池和植入式醫療技術。