1、硅基電池

鋰離子電池傳統(tǒng)上使用石墨陽極，但研究人員和公司現(xiàn)在開始關(guān)注硅陽極。 以硅為主的陽極對(duì)鋰離子的結(jié)合能力是石墨離子的 25 倍。 然而，此類板存在電導(dǎo)率低、擴(kuò)散速率慢以及鋰化過程中體積波動(dòng)大的問題。 這種限制會(huì)導(dǎo)致硅粉化和固體電解質(zhì)界面（SEI）的不穩(wěn)定。

為了規(guī)避這一挑戰(zhàn)，采用了兩種主要策略：納米技術(shù)和碳涂層。 在前一種方法中，使用各種納米級(jí)硅陽極，與塊狀硅陽極相比，其具有高表面積、更高的循環(huán)壽命和倍率穩(wěn)定性。 它們還可以承受鋰化和脫鋰而不破裂。 碳涂層采用納米Si與不同碳材料的組合，形成高性能Si/C納米復(fù)合陽極。 近年來，雜原子摻雜碳作為鍍劑引起了人們的廣泛關(guān)注。 雜原子摻雜的Si-C電極與鋰離子的結(jié)合比與碳原子的結(jié)合更強(qiáng)，從而具有優(yōu)異的電物理性能和穩(wěn)定的電導(dǎo)率。

由于硅基電路板具有低成本和增強(qiáng)車輛和智能手機(jī)功能的潛力，因此產(chǎn)生了許多商業(yè)利益。 競(jìng)爭非常激烈，包括 Sila 和 在內(nèi)的許多初創(chuàng)公司都在將硅主導(dǎo)的鋰離子電池商業(yè)化。

2. 高溫鈉硫（RT-NaS）電池

由于鈉離子和鋰離子具有相似的化學(xué)和物理性質(zhì)，因此最有前途的鋰硫電池替代品之一是鈉硫電池。 此外，電池運(yùn)行需要低溫（>300°C）。 作為一種有前途的替代方案，低成本 RT-NaS 電池系統(tǒng)已經(jīng)引起了人們對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)應(yīng)用的廣泛研究興趣，并提高了安全性。 然而，由于電池內(nèi)部反應(yīng)復(fù)雜，RT-NaS電池的理論容量較低。

2018年，人們使用各種方法來解決RT-NaS電池的問題。

由博士領(lǐng)導(dǎo)的麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)專注于膜，以解決 RT-NaS 陽極和陰極組件之間 β 碳化硅陶瓷電解質(zhì)膜的延展性和脆性問題。 他們證明，涂有滲碳鈦堿液的鋼網(wǎng)可以作為工業(yè)規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)更堅(jiān)固、更靈活的材料。 這種方法為電池設(shè)計(jì)開辟了新途徑，因?yàn)樗部梢詰?yīng)用于其他熔化電極電池物理。

一種給電池充電的新方法。 RT-NaS金屬網(wǎng)電板

· 澳大利亞臥龍崗學(xué)院的研究人員專注于電極設(shè)計(jì)。 他們構(gòu)建了一種高效的硫陰極，其中鈷原子錨定在中空碳納米球的孔隙中。 合成的正極表現(xiàn)出優(yōu)異的電物理性能。

鈷納米顆粒修飾空心碳的合成示意圖

· 在《自然》雜志最近發(fā)表的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們使用了一種具有高電物理性能和更高安全性的多功能氯化物鹽電解質(zhì)。 該方法可應(yīng)用于各種鈉基可充電電池系統(tǒng)，以推廣低成本和高性能的儲(chǔ)能設(shè)備。

常規(guī)1M PC電解液和（右）PC：含10mM In的電解液示意圖

雖然 RT-NaS 電池仍處于開發(fā)的早期階段，但像 Ph.D. 這樣的公司。 （由博士領(lǐng)導(dǎo)的麻省理工學(xué)院衍生公司）的目標(biāo)是改進(jìn)電池設(shè)計(jì)。 通過上述持續(xù)的研究工作和方法，下一代基于 NaS 的儲(chǔ)能技術(shù)將很快成為現(xiàn)實(shí)。

3.質(zhì)子電池

許多研究工作旨在生產(chǎn)高性能質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池。 然而，質(zhì)子交換膜燃料電池的可行性受到其高成本、甲烷運(yùn)輸和儲(chǔ)存的挑戰(zhàn)。

皇家墨爾本理工大學(xué)的一個(gè)研究小組最近首次報(bào)告了質(zhì)子電池的技術(shù)可行性。 它由兩部分組成：用于儲(chǔ)存水下氫氣或質(zhì)子的碳電極和用于利用氫氣發(fā)電的可逆質(zhì)子交換膜燃料電池。 該電池設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性，因?yàn)樗褂没钚蕴孔鳛殡姌O，其價(jià)格低廉、儲(chǔ)氫量豐富且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可用于儲(chǔ)氫，但微孔材料內(nèi)的少量液態(tài)酸可將質(zhì)子傳導(dǎo)至可逆電池質(zhì)子膜或從可逆電池質(zhì)子膜中傳導(dǎo)出來。 使用這些電池，可以實(shí)現(xiàn) 1.8V 的電流。

盡管這是朝著高效氫動(dòng)力能源生產(chǎn)邁出的重要一步，但該技術(shù)的商業(yè)化還有很長的路要走。 該團(tuán)隊(duì)擔(dān)心電池將在五到六年內(nèi)上市。 ABB 和 ABB 還在測(cè)試兆瓦級(jí)推進(jìn)裝置，以使用氫燃料電池為商用和渡輪提供動(dòng)力。 由于這種電池根本不需要鋰離子，不僅使用鉑作為催化劑，而且其他材料價(jià)格低廉且豐富，因此可能成為目前鋰離子電池的主要競(jìng)爭對(duì)手。

4.石墨雙離子電池

近年來，使用鋰以外的金屬的雙離子電池（DIB）引起了人們對(duì)大規(guī)模固定儲(chǔ)能的興趣。 研究工作是通過降低電解質(zhì)的離子濃度和電極存儲(chǔ)電荷的能力來降低DIB的能量密度。

研究人員展示了一種新型無鋰石墨雙離子電池，稱為石墨雙離子電池（GDIB），使用石墨陰極和鉀陽極。 研究小組確定了一種用于 DIB 的無鋰電極-電解質(zhì)組合，以降低電池的能量密度。 他們使用濃縮電解液，事實(shí)證明其效率與鋰離子電池一樣。

·利用鋁鹽電解液，研究團(tuán)隊(duì)首次開發(fā)出石墨-石墨雙離子電池()。 該電池板價(jià)格便宜、環(huán)保，并且具有出色的循環(huán)和速度性能，使其適合未來的儲(chǔ)能應(yīng)用。

· DIB的另一個(gè)有前途的方式是，華東理工學(xué)院的研究人員報(bào)告了鋅/石墨雙離子電池的進(jìn)展。 由于離子電解質(zhì)具有許多吸引人的特性，包括抑制鋅表面枝晶的生成、低揮發(fā)性、不可燃性和低熱穩(wěn)定性，因此用于工業(yè)應(yīng)用的高性能和安全的鋅/石墨離子電池將很快成為現(xiàn)實(shí)。

5、鋁離子電池

人們正在研究鋁作為鋰離子電池的潛在替代品，鋰離子電池儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、容易獲得且價(jià)格低廉。 格拉斯哥聯(lián)邦理工學(xué)院的德國研究人員提出了兩項(xiàng)??新技術(shù)，成為鋁基電池商業(yè)化的墊腳石。

? 第一種是用于這些面板的耐腐蝕涂層材料、滲碳鈦(TiN) 陶瓷。 TiN涂層材料優(yōu)異的氧化穩(wěn)定性使該電池獲得高能量密度、高庫侖效率和高循環(huán)容量。 由于TiN集流體具有優(yōu)異的耐腐蝕性，它們甚至可以用作鎂、鈉或鋰離子電池的高壓正極材料。

另一個(gè)有前途的解決方案是在鋁離子電池中使用高性能正極材料。 此類電池通常使用石墨基陰極，其由氯氮化物陰離子改性。 研究人員使用定制電池測(cè)試了聚芘及其衍生物聚（甲基芘-共聚芘）作為陰極材料，發(fā)現(xiàn)它們存儲(chǔ)的能量與石墨陰極相同。 據(jù)悉，聚芘還為可充電鋁離子電池的開發(fā)提供了許多其他可能性，包括低成本、高產(chǎn)量、生產(chǎn)可擴(kuò)展性以及成分和結(jié)構(gòu)的可調(diào)性。

聚芘正極和氯氮化物離子液體充電時(shí)可充電鋁電池工作原理示意圖

這項(xiàng)研究成果顯示了鋁離子電池作為一種廉價(jià)的行業(yè)存儲(chǔ)解決方案商業(yè)化的巨大潛力。