咨詢機構Bax＆Company公司顧問兼材料專家Marcos Ierides表示，盡管鋰離子電池的性能如今已得到極大提高，但在降低成本、可持續性放電以及最大限度地減少碳排放方面仍有改進的余地。

在全球人口增長以及經濟增長的推動下，能源需求一直在迅速增長，而這種增長對環境保護和社會福祉帶來的不利影響變得越來越明顯，這也加大了交通運輸和電力行業（環境污染最嚴重的行業）減少碳排放量的需求。

電動汽車如今已經成為交通運輸行業減少碳排放量的主流解決方案，在過去兩年中，電動汽車的銷量增長了60％。與此同時，風力發電和太陽能發電正在電力行業加快發展步伐，如今全球四分之一的電力來自可再生能源。

為了使這些可再生能源解決方案發揮其全部潛力，需要與高效的儲能技術相結合。由于行業廠商在研發和生產方面投入了大量資金，鋰離子電池的性能已經顯著提高。自從2008年以來，鋰離子電池的能源密度提高了兩倍，而成本卻降低了近85％。盡管如此，仍需要進一步的研究來降低鋰離子電池平準化能源成本（LCOE），并確保電池的生產和使用不會對環境產生負面影響。

1.開發電池電極稀缺材料的替代品，提高能源密度，減少對環境和社會的影響

如今的電池材料包括稀土元素（REE）、關鍵原材料（CRM）和其他關鍵材料。而最關鍵的材料是鈷（Co）、鎳（Ni）、錳（Mn）和鋰（Li），因為它們保持鋰離子電池電化學性能中至關重要。

歐盟聯合研究中心估計，從2015年到2030年，對這些材料的需求將增長2500%，從而造成稀缺問題。生產鋰離子電池也面臨大多數電池材料在全球各地分布不均的事實。而根據歐盟委員會的調查，全球電池產品所采用的鎳和鋰的三分之一產量來自中國和智利，而鈷的三分之二產品自剛果民主共和國。這就帶來巨大的供應鏈風險，并導致了短期和長期價格巨大的波動。除此之外，鈷材料的來源對環境保護和社會的影響也令人質疑，因為剛果民主共和國采礦工作環境惡劣，具有違反人權的行為。

全球各地正在進行的技術研究與創新努力都致力于解決鋰離子電池面臨的這些問題。國際能源署表示，電池中的鎳-錳-鈷（NMC）陰極（最成熟的陰極化學物質之一）中的鈷含量已經從NMC111的約0.4kg/kWh降低到NMC811的0.03kg/kWh。

除了解決電池原材料問題之外，這些改進還著眼于提高性能；在同等的容量下，NMC811陰極的比能量與NMC111相比高出25%。還有一些技術完全消除了鈷的使用。歐盟資助的合作研發項目COBRA（用于未來汽車應用的無鈷電池）正在研究不含鈷的鋰離子錳氧化物（LMO）電池陰極。為了提高性能，還有一些研究機構正在開發富含鋰的氧化物摻雜正極材料。

2.實施自我修復機制以延長電池壽命

允許電池存儲并按需提供電能的電化學現象也是造成電池性能隨著時間的推移而降低退化機制的原因。一個例子就是固體電解質膜（SEI）的形成，盡管固體電解質膜對于電池的性能至關重要，但最終會導致更低的容量和功率密度。

解決這些問題的方法是從可以治愈傷口并恢復受損部位功能得以生存的生物體中獲得靈感。它可以大致分為預防性（意味著預防或減緩降解機制）或主動性（意味著在損害發生后逆轉）自我修復機制。這個方法使用自我修復的聚合物，該聚合物通過可逆的化學鍵或特定的超分子相互作用（例如氫鍵）重建斷裂的界面來修復損傷。這些材料既可以在制造過程中直接添加到電池組件中，也可以添加到電池的電解質中，在滿足條件時自動釋放，或者通過外部刺激按需釋放。

盡管該領域正在逐漸受到關注，但正在進行的研究仍處于起步階段。歐洲電池領域強調自我修復是未來電池技術研究的關鍵領域之一，并將其納入其“2030+電池”合作計劃中，這個計劃旨在使歐洲在發展電池技術的未來競爭中處于領先地位。

3.開發更高效的生產線以降低成本

調研機構彭博社新能源財公司最近發布的一份調查報告表明，盡管鋰離子電池成本正在迅速下降，但其平準化能源成本（LCOE）仍比風力發電和太陽能發電的成本高2至4倍。這部分成本主要來自電池零部件生產和高能耗制造工藝。用于生產電極的煅燒和共沉淀過程特別耗能，因為需要將窯爐加熱到超過1000℃的溫度。除了需要大量的能量來達到這樣的溫度外，窯爐通常會全天候運轉（從“冷啟動”達到這樣的高溫需要大量時間），這進一步增加了制造工廠的能耗。

解決這一問題的簡單辦法是使用可再生能源的電力，而可再生能源發電成本正變得越來越低。除了降低成本外，還將減少溫室氣體排放量。

其他方法則尋求開發更具創新性的解決方案，例如開發用于生產電極的水基工藝。這與水溶性粘合劑的水性配方的發展是密不可分的。

結論

電池技術的這些技術進步是確保電池儲能系統可持續性和商業可行性的關鍵因素。為了加快電池儲能系統的部署，同時又不對社會或環境造成不利影響，還需要進行更多的技術、社會和政策方面的創新。
責任編輯：tzh