在21世紀，科技就是生產力，科技決定了我們可以走多遠。現如今，2016年已經來臨，我們可以看到2015年的鋰電行業藍圖上留下了許多清晰的科技“腳印”：鋰空氣電池、石墨烯電池、鋰硫電池……事實上，實驗室前沿技術對現實的憧憬從不曾減弱，只會愈發強烈。在這種熱情的籠罩下，霧霾終將被驅散，我們的未來將更光明。在此之際，小編特此盤點出十大前沿電池科技（排名不分先后），供大家參考。

　　NO.1 中科院石墨烯電池：充電7秒鐘 續航35公里

　　現如今，電動車續航成為人們最頭痛的問題之一，就連業界巨頭特斯拉的Roadster升級版跑車都僅能達到644公里的續駛里程，如果此時有人告訴你： “有這么一種電池，一次充電時間只需8分鐘，可行駛1000公里。”相信很多人都會驚呆了，這種電池就是石墨烯電池，因為性能彪悍，所以被喚作“超級電池”，甚至被“妖魔化”。

　　從2004年面世至今，石墨烯一直處在風口浪尖上，但其若真是突破了技術限制，被運用在電池上，那“顛覆”二字的確是擔得起的。

　　而在本月，中科院上海硅酸鹽研究所發布消息稱，已研制出一種高性能超級電容器電極材料--氮摻雜有序介孔石墨烯，該材料具有極佳的電化學儲能特性，可用作電動車的“超強電池”，充電只需7秒鐘，即可續航35公里，相關研究成果已于12月18日發表在世界頂級期刊《科學》上。

　　據介紹，該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實現規模生產。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優勢，且在快速充放方面又遠遠優于鋰電池，因此該“超級電池”可廣泛應用于現有混合電動汽車、大功率輸出設備的更新換代。

　　超級電容器，是介于傳統電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置。由于具有功率密度高、循環壽命長、安全可靠等特點，但如何讓超級電容器兼具高功率、高能量，科學家長久以來并沒有找到理想材料。

　　為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯合北京大學、美國賓夕法尼亞大學展開持續攻關。通過反復試驗、設計、合成，黃富強研究團隊發現，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現最佳。不僅能實現高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環保、價格低廉、安全可靠。換句話說，其在快速充放電方面可將鋰電池甩出幾條街，完全可以替代掉原先的電動車電池組成為新的儲能設備。

　　但細思下來，該石墨烯電池號稱充電7秒鐘，續航35公里，即一秒鐘可供行駛5公里。如果設定一般的家用電動轎車一度電跑10公里，那么1秒鐘得充電0.5度，即充電功率要達到1800kW。這個看著有點瘆的慌，或許從實驗室到工廠再到市場還有很遠的路要走。

　　NO.2 劍橋大學鋰-空氣電池：充電超2000次 能量密度提高10多倍

　　多年來，鋰-空氣電池一直被業界譽為“終極電池”。鋰-空氣電池的理論能量密度能達到鋰離子電池的十倍，它是迄今為止能量密度最大的儲能器件，和汽油相當，甚至可用于電網儲電。

　　一塊鋰-空氣電池可使汽車輕松行駛350英里以上，不需消耗汽油，并且相比于傳統電池體積更小也更便宜。但是很難使得鋰-空氣電池的電池容量接近理論值，其氧化薄膜的關鍵問題也沒有得到解決。

　　但在10月29日，英國劍橋大學研究人員報告說，他們克服了困擾鋰-空氣電池的多個技術難題，把這項技術朝實用化方向推進了一大步。這項成果發表在美國國際頂級學術期刊《科學》雜志上。

　　劍橋大學開發出的鋰-空氣電池模型蓄電能力約為3000Wh/kg，是現有鋰離子電池的約8倍，可循環充放電上千次，首次循環充放電效率高達93％，即充入電池中93％的能量在放電時都能被使用。

　　原來，在最新工作中，論文第一作者劉韜博士等人改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料，利用水和碘化鋰作為電解液添加劑，最終產生和分解的是氫氧化鋰，而不是此前電池中的過氧化鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩定，大大降低了電池中的副反應，提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外，似乎還起到了保護鋰金屬負極的作用，使電池對于過量的水有一定的免疫性。沒有它，同量的水會直接使電池失效，完全無法充放電。

　　他們這一工作為加快鋰-空氣電池的發展提供了許多新思路，比如使用多層次大孔石墨烯電極和電解液添加劑來改變電池反應產物、減少電池副反應、提高蓄電能力等。但他也強調，他們只解決了鋰－空氣電池的部分難題，接下來將研究該電池的充放電速率以及鋰金屬負極的保護和安全隱患等問題。

　　但劍橋大學研究人員在一份聲明中承認，鋰-空氣電池的商品化還需要“至少10年”，但他們的研究表明，開發這類電池的一些重大障礙是能夠克服的。

　　NO.3 斯坦福大學鋁離子電池：超快充電 超長壽命

　　4月份，美國斯坦福大學的一個研究小組在國際頂級學術刊物《自然》在線發表了論文《快速充放電鋁離子電池》。

　　長期以來，鋁電池研究沒有實質突破的主要難題在于電池材料。合適的負極材料和電解液材料是確保電池在經過充電、放電的反復周期后仍能運行的關鍵。研究團隊負責人、斯坦福大學化學系華人教授戴宏杰說，他們把石墨作為負極材料，試驗確認了幾種表現良好的石墨類材料，并用一種相當于鹽溶液的等離子液體作為電解液，從而解決了鋁電池研究在材料上的瓶頸問題。

　　研究人員表示，由于等離子電解液不會燃燒，鋁和石墨也不易燃燒，因此這種鋁電池非常安全。研究報告顯示，為測試鋁電池安全性，研究人員在電池上鉆孔，電池沒有爆炸燃燒，并仍能運行一段時間。

　　除了高安全性，采用新技術的鋁電池在性能方面也有重要突破。比如，鋁電池只需1分鐘左右就完成超快充電。在試驗中，鋁電池經過7500多個充電、放電周期，電容量并沒有損失。相比之下，其他研究機構的鋁電池在經過約100個周期后通常無法再用，而鋰電池也只能經受約1000個周期。此外，由于鋁和石墨屬于柔性材料，使鋁電池可以彎曲、折疊而不影響性能。

　　戴宏杰還表示，他們研發的鋁電池可以替代易污染環境的堿性電池和有可燃風險的鋰離子電池。未來這種鋁電池還可用于在電網中儲存可再生能源，也可用于電動汽車。

　　不過，目前的鋁電池技術還有待進一步改進。其電壓僅為傳統鋰電池的一半，研究小組希望能通過提升正極材料的性能，最終提高鋁電池的電壓并增加能量密度。

　　而且，由于作為電解液的等離子液體成本較高，這種新型鋁電池距離量產還有一定的距離，商業上可行的鋁電池也尚未問世。但毋庸置疑的是，鋁離子電池前景廣闊，如果能及早投放市場，一定會深受消費者喜愛。

　　NO.4 鋰硫電池的重大突破：充放電超800次 壽命延長一倍多

　　鋰硫電池是以硫元素作為正極、金屬鋰作為負極的一種電池，其理論比能量密度可達2600Wh/kg，實際能量密度可達450Wh/kg。同時單質硫價格低廉、產量豐富、環境友好，是目前最接近產業化的高比能量電池技術。

　　雖然一直被看成下一代汽車動力的主力，但鋰硫電池存在著反復使用不能超過300次的瓶頸。

　　本月，南京工業大學傳出消息，該校和新加坡高校合作，在鋰硫電池的研發方面取得重大突破。日前，該研究成果發表于國際頂級學術期刊《自然》上。

　　改良升級版的鋰硫電池庫倫效率大于98%，作為汽車動力電池續航至少能提高至600公里，而且其使用周期即充放電次數從300次提高至了800次。

　　南京工業大學海外人才緩沖基地、先進材料研究院科技創新研發團隊博士后蔣建介紹說，“鋰硫電池中的硫，在使用的過程中會和溶液進行反應，溶解流失掉。”，因此，這種電池反復使用不能超過300次。如何提高鋰硫電池的使用壽命呢？他們想了一個辦法，在鋰硫電池的關鍵部位“硫-碳黑復合物”上包裹了一層超薄的過渡金屬氫氧化物材料，單層厚度約7納米。“該超薄材料可與鋰離子發生不可逆反應，生成的物質可起到電極保護層的作用，巧妙地克服了傳統鋰硫電池電極因多硫化物溶解所造成的低充放電效率、短循環周期等諸多問題。”蔣建說。

　　新加坡南洋理工大學物理與應用物理系于霆教授介紹，就世界范圍來看，這是首次采用超薄過渡金屬氫氧化物材料，對硫-碳黑復合物納米單元進行微包覆處理，設計并制備了具有長壽命、高庫倫效率的正極材料（庫倫效率指放電容量與充電容量的比率）。

　　鋰硫電池是世界各國競相研發的尖端技術，其產業化前景被普遍看好。如何大幅進一步提高該電池的充放電循環壽命、使用安全性，將成為鋰硫電池產業化發展的關鍵。

　　NO.5 麻省理工學院半固態鋰液流電池：成本僅為三分之一

　　半固態電池是由美國麻省理工學院的研究人員與一家名為24M的衍生公司合作研制出的一種新型半固態液流電池。這一最新技術可以實現全面突破的關鍵在于混雜作用，從而讓科學家們可以實現液體流動電池和傳統固體電池的整合，所以研究人員稱這種電池為“半固體”。

　　這一最新研究的負責人、美國麻省理工學院的蔣業明教授表示，他們研制出的鋰“半固體”流體電池每單位體積傳遞的電力是傳統電池的10倍。新電池每制造出 1kWh電力的成本為250美元，為現有電池成本的三分之一。而且，充電一次，電動汽車可行駛300公里，是現有電池的2倍。而且，這種新技術還可以確保制造出的電池性能更出色，更易回收利用。

　　在普通電池內，離子通過液體或粉末電解液在兩個固體電極之間來回穿梭，迫使電子在連接電極的外部電線上流動來產生電流。而在半固態電池內，電極為細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿，電池使用兩束泥漿流，一束帶正電，一束帶負電。兩束泥漿都通過鋁集電器和銅集電器，兩個集電器之間有一個能透水的膜。當兩束泥漿通過膜時，會交換鋰離子，導致電流在外部流動。為了重新給電池充電，只需要施加電壓讓離子后退穿過膜即可。

　　科學家們表示，這種電池有三種充電方式可供選擇：抽出失效的泥漿并注入新鮮的泥漿；前往充電站，在此處用新鮮泥漿取代失效的泥漿；用電流給泥漿重新充電。采用前兩種方法，只需幾分鐘就能給電池充滿電。

　　美國德雷克塞爾大學德雷克塞爾納米研究所所長尤里-伽戈崔指出，這可能是過去幾十年電池領域最令人興奮的研發技術。

　　理論上，半固態鋰液流電池的能量密度更高，價格更低，更安全，具有美好的前景。但是，這種東西的原理和結構與現在的電池完全不同，生產線設計、質量控制、測試標準、量產工藝這些東西都得從頭摸索。所以，這些年蔣業明的24M公司一直在做從實驗室到量產的事情，解決新結構電池量產中遇到的各種問題，逐漸形成了一條手工生產線。

　　最后如果量產成功了，那在電池歷史上，這個成就是可以與當年索尼發明鋰離子電池相提并論的。

　　NO.6 以色列初創公司StoreDot研發的快速充電電池

　　一家名為“StoreDot”的以色列公司成功研發了一種用于汽車的超級充電技術，可以在短時間內提供大量的電能。

　　StoreDot為此使用了大量的創新設計，并且研發了一種新技術--多功能電極（MFE）。MFE使用了導電聚合物和金屬氧化物作為電池材料，前者允許電池接收快速充電，后者則用來把迅速聚合的鋰離子慢慢流進電極。通過一快一慢的兩個過程，既保證了充電快速性，又避免了電極崩潰或壽命變短。

　　StoreDot為這項技術配備了專用的電池組和充電樁，并宣稱其能夠在5分鐘內為電動汽車補充續航480公里的電量，這與傳統汽車加滿一箱油的時間相差無幾。據悉，專用的快速充電電池內部電阻非常小，在充電過程中產生的熱量很低少，其壽命是普通鋰電池的三倍左右。成本方面，快速充電電池的造價比普通鋰電池貴20%至30%，不過考慮到更長的使用壽命，均攤下來的價格應該會比鋰電池更便宜。

　　StoreDot預計，將在2016年推出超級充電系統原型產品，爭取在2017年實現商業化。

　　另外，StoreDot創始人及CEO多羅恩·米爾斯多夫表示，自己的公司已經開發出了一種可以在60秒鐘內完成充電的新型電池組。

　　“有關智能手機電量的焦慮癥將不復存在，因為它們今后可能在一分鐘內就可以完成充電。”米爾斯多夫說道。盡管StoreDot發明的這一新型電池組沒有傳統電池那樣耐用，但開發商表示極短的充電時間完全可以掩蓋這一短板的存在，而這一技術的問世也將使未來的智能手機變得更具創新。

　　NO.7 新型液流電池：成本比釩電池降低60%

　　工業電池液流電池有朝一日可能引領可更新能源的普及，但前提是蓄電能力提升，能廉價的儲存大量電力，以便于在落日后和沒有風的情況時能向電網輸入電力。

　　液流電池的形式和功能不同于常見的鋰離子電池。在液流電池單元中，液態電解質在兩個容器箱體中循環流動，而兩個箱體通過一個薄膜進行分離。離子穿越薄膜就實現了電荷轉移，整個過程與氫燃料電池的發電原理類似。液流電池組較鋰離子電池有更高的安全性，即便放置很長一段時間，電能也不會出現流失，因此很適合用來儲存太陽能、風能等可再生能源。

　　近日，美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的研究人員使用低成本及可持續的合成分子開發了一種全新的有機液流電池，其生產成本下降了不少。他們預計這種液流電池的成本將下降到180美元/kWh，這比常見的全釩液流電池成本降低了60%左右。

　　研究人員在容量為600毫瓦的小型電池上對這項技術進行了測試。在每平方厘米20到100mA的測試密度下穩定循環充電100次依然能夠保持“接近于”100%的電池功率，而最優的性能密度為每平方厘米40到50MA，也就是保留原有電壓的70%左右。

　　傳統的液流電池大多使用重金屬釩和溴化物等作為電解質溶液，不僅極其昂貴，而且具有毒性。而PNNL的研究人員認為他們使用的全新有機電解質（正極中使用的是甲基紫精，而負極中使用的是4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基，同時加入了氯化鈉）將成為一個全新的標準。

　　研究人員希望未來能在近5千瓦級的電池系統進行測試。

　　NO.8 Sakti3固態電池

　　中國工程院陳立泉院士曾經說過：“下一代鋰電池應是全固態鋰電池，如果現在還不布局全固態鋰電池，將會錯失發展時機。”

　　全固態鋰電池之所以稱為“全固態”是因為其電極和電解液都是固態的。全固態電池有一個很突出的優點，安全性比液態鋰電池要高許多，不易發生爆炸，而且其功率重量比較高，可以有效地縮小體積，所以業內認為它是電動汽車理想的動力來源之一。

　　除安全性較傳統鋰電池優越外，全固態鋰電池還有一個很大的優勢，就是充放電循環壽命很長，最長可達45000次，并保存95%的初始容量，這點讓其它種類電池望塵莫及。

　　年初Sakti3公司曾獲得戴森公司1500萬美元的研發投資資金，就是與固態電池相關。Sakti3聲稱已制造出能量密度達每公升1.1kWh（即 550Wh/kg）的電池，這一能量密度要比鋰離子電池高出約50％，能讓電動車的續航里程從256英里（約412公里）提升到480英里（約772公里），但這一數據沒有經過獨立測試。

　　固態電池消除了任何液體泄漏的問題，并可以小型化。這正是Sakti3正在開發的技術。但該技術還沒有商業化，其棘手之處在于改進生產工藝，而不是發展其理論--其理論已十分完善，但要降低生產成本不是很容易的事。

　　這項技術棄用了傳統鋰電池中的可燃液體電解質，通過其高能存儲材料實現技術進步，最重要的是，它的價格更低，每kWh約100美元，要遠低于目前200到300美元的市價，未來能夠應用于受限于成本和里程限制的電動汽車。

　　這么牛的電池為何不能商用呢？目前瓶頸主要存在如下：

　　1、室溫電導率普遍較低（《10-3S/cm），電池倍率充放電性能較差；

　　2、固態電解質/電極間界面阻抗大，界面相容性較差，界面鋰離子電導率較低，固態電解質在充放電過程中體積膨脹和收縮，導致界面容易分離；

　　3、低溫性能仍然有待進一步提高；

　　4、有待設計和構建與固態電解質相匹配的電極，研究和開發出適合于固態電解質的鋰離子電池體系。

　　NO.9 SolidEnergy：2017續航翻倍鋰電池將來襲

　　據悉，MIT一家初創公司SolidEnergy研發的固態電解質技術已經正式商用，而且鋰金屬將作為陽極出現在未來高能量密度的充電電池上。 SolidEnergy還表示，公司將和合作伙伴在2016年針對智能手機和可穿戴設備產品推出一款2Ah的商業電池。此外，按照SolidEnergy 的計劃，2017年還將生產一款20Ah的電動汽車電池，能夠提供超過目前鋰電池2倍的續航里程。

　　SolidEnergy開發的固體聚合離子液態電解質（SPIL）由液態離子和液態聚合物構成，它強大的溫控能力能夠為電池的正常工作提供安全、范圍較廣的環境溫度；此外，被固態聚合物包裹的金屬鋰作為陽極，能夠提高電池的能量密度和循環使用次數，電解液中的抑制鋰枝晶產生的添加劑同樣能夠提高該電池的安全性。

　　相比由傳統石墨和復合硅作陽極的電池，單位體積的能量密度分別增加了50%和30%。該技術在MIT的實驗室中誕生，同時也得到了MIT的授權認證。

　　去年，SolidEnergy表示已經研制出一塊2Ah的聚合物原型電池，它的能量密度甚至超過了1200Wh/L，隨后其負責人稱該試驗電池的能量密度最高可達1337 Wh/L。

　　考慮到目前主機廠都在布局價格在3萬美金，但續航里程可達320公里的純電動汽車，那么SolidEnergy的新型聚合物電池似乎出現的恰到好處。按照它的規劃，2017年即將針對EV推出的20Ah電池，能夠達到目前大部分主流電動汽車續航的2倍之多。

　　博世高層曾表示，未來電動汽車電池的成本只有目前一半，但能量密度卻是目前主流產品的一倍，加上特斯拉超級電池工廠的“攪局”，這些都有助于廉價高續航純電動汽車產品成為主流。

　　NO.10 法國開發出首款18650鈉離子電池

　　業界一直在討論鋰離子電池的繼任者到底是什么？而有部分專家認為是鈉電池。

　　鈉離子電池之所以受到關注，是因為作為其主材料的鈉資源幾乎取之不盡用之不竭，制造成本不到鋰電池三分之一。而且這種電池兼具單位體積存儲能量多和使用壽命長等優點，可持續5千次充放電循環，效率超過85%，據說可以將傳統鋰電池的續航能力提升7倍。

　　法國一支研究團隊首次開發出了業界標準的18650規格的鈉離子電池。眾所周知，“18650”鋰電池被普遍用于筆記本、LED手電、以及特斯拉Model S汽車等設備上，18650鈉離子電池的出現，無疑是在可充電電池材料上取得的一項重大進步。

　　固態化學家Jean-Marie Tarascon解釋到：“現在披露的鈉離子電池，受到了鋰離子技術的直接啟發”。 這款新型18650鈉離子電池，借助了鈉離子轉移來存儲和釋放電能。換言之，與鋰離子電池中的鋰離子一樣，在充放電的過程中，鈉離子也會通過液體，從一個電極轉移到另一個電極。在電池的使用周期中，我們同樣無需對材料加以修改。

　　研究人員目前將這種特定的材料定位商業機密，但原型電池的性能已經讓人大開眼界。LITEN合作研究員Lo‘c Simonin指出：“其能量密度可與磷酸鐵鋰等鋰離子電池相匹敵”。

　　該團隊希望將不昂貴的鈉離子電池，盡快推向歐洲市場的各個領域：“采用18650這種規格，使得我們能夠讓概念迅速成真，并與市場上現有的同規格電池在性能上進行同向比較。當然，我們也會開發出其它的規格，以迎合新的需求”。

　　鈉離子尺寸比鋰離子大了25%。更大的尺寸使鈉離子很難嵌入發生化學反應所在的電極晶體結構中。因此鈉離子的移動速率就比較慢，這成為了鈉離子電池充、放電速率慢的根源。與該問題相關的還有電荷傳輸速率和材料的穩定性也需要提高。