电池储能技术：从伏打电池到锂离子电池的发展与挑战

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电池储能技术：从伏打电池到锂离子电池的发展与挑战

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https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=44397

在探讨能源问题时，我们往往关注发电效率和总量，却容易忽视储能系统的重要性。没有高效的储能技术，再多的电力也会因无法保存而浪费。从1800年伏打发明第一颗电池至今，电池技术不断进步，特别是在锂离子电池领域取得了突破性进展。本文将带您了解电池技术的发展历程，以及锂离子电池面临的挑战与未来发展方向。

电电池的起源：从伏打电池到铅酸电池

电电池虽然已有百年历史，但直到近年来才重新受到重视，这主要归因于两大因素：全球暖化和移动设备需求的提升。传统化石能源多为集中式储能，需要经过长距离运输；而太阳能、风能等分散式可再生能源则需要相应的储能装置。

电电池的工作原理可以用水力发电来类比：水从高处流向低处释放能量，驱动轮轴产生电能。同样，电电池中电子从高化学位能的负极流向低化学位能的正极，形成电流。充电过程则是将电子从低化学位能的正极"泵"回高化学位能的负极。

1800年左右，意大利科学家伏打发明了最早的电池，因此我们常说的电池电压单位"伏特"就是为纪念他而命名的。伏打电池属于一次性电池，而最早的可充电电池（二次电池）则于1859年由法国科学家加斯东发明，这就是我们至今仍在使用的铅酸电池。铅酸电池的正负极都使用铅作为电极，通过氧化还原反应实现充放电。近年来，随着铅回收技术的发展，铅酸电池的环保性能得到显著提升。

电动车与燃料车的百年竞争

电电池的发展与电动车密不可分。19世纪末，铅酸电池问世约30年后，法国科学家古斯塔夫推出了世界上第一辆小型电动车，北美也几乎同时推出了四轮电动车。然而，1886年德国卡尔·本茨发明的燃油汽车逐渐取代了电动车的地位。燃油车的能量密度远高于电动车，每公斤汽油能提供400-500万焦耳能量，而同样重量的电池只能提供约100万焦耳能量，这使得电动车在续航里程上处于劣势。

尽管如此，随着全球暖化问题日益严峻以及高能量密度锂离子电池的出现，电动车再次获得发展机遇。为了在汽车市场站稳脚跟，必须进一步提高锂离子电池的能量密度。