金钟:电动车用储能新型材料与器件

纵观现今的新能源汽车市场，种类繁多，但究其关键核心部件还是在于汽车的能源储存设备。而电池储能容量是目前研究的最大瓶颈，这个问题需要通过对电极材料的选择来解决。在正电极上，硫磺的储能容量较大，在负电极上，硅和金属锂的储能容量较大。因此必须尝试采用这些潜在的可能材料去构建下一代电动车用储能系统。对此，南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室教授金钟教授介绍了电动车用储能新型材料与器件的研究现状以及未来发展方向。

金钟表示:国家对新能源汽车动力技术的研究早已有了较好规划和明确指标，但依靠现有锂电池技术无法实现。锂离子电池从工作原理上受到性能限制，无法实现革命性突破。因此若想真正将电动汽车技术再向前推进一步，必须抛开锂电池转而研发新型电池技术。电池的能量密度和充电桩速度是我们需要推进的两个关键指标，除此之外还需考虑安全性、温度、技术成熟度以及成本等指标。

对此，金钟教授进一步介绍了下一代储能器件的六个可选项。

首先是硅碳负极材料，它的容量最高，但充放电过程中的体积膨胀以及胀气问题严重，我国研究院仍处于攻坚阶段。

第二是超级电容器，充放电速度非常快，几秒钟的时间便能充满电量，且循环寿命长，耐温性好，安全性高，免维护，成本低，是一个非常有前景的新型储能器件。

第三个选项是锂硫电池，它的正极采用硫磺储存能量，负极采用金属锂储存，以此达到一种超大容量的存储状态。由于硫的价格极低而储量丰富，这种储能技术有着很大前景。但同时其仍然存在充放电速度、循环寿命以及安全性、耐温性等问题需要解决。


第四个是更新一代的全固态电池，它的安全性和容量密度非常高，循环寿命很长，但仍需解决充放电速度较慢的问题。

第五个选项是更新一代的概念技术:使用一些非锂的活泼金属去替代资源稀缺而价格昂贵的锂，例如钠电池、镁电池、铝电池等。这些电池技术仍处于实验室阶段，但前景非常明朗。

最后一个选项是金属锂空气电池，电池负极采用金属锂材料，然后搭配空气作为正极使用，以提高能量密度。目前还处于实验室研发阶段，远远达不到商业化利用程度。

总体来看，电动车储能电池和技术路线可以分为三个步骤，近期先改善现有锂离子电池，使用超级电容器替代铅酸电池用于一些小型、短途物流车。中期必须研发锂硫电池、全固态电池这些新型电池系统。长期目标是关注钠、镁、铝、这些非锂的电池以及金属锂空气电池，作为电化储能的终极研究目标。