Y. Shirley Meng, professor of molecular engineering, University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering人们越来越将电池技术视为能源转型的关键。 随着人们不断寻找能够摆脱对化石燃料依赖的方法，电池提供了最可行的替代方案 — 从运输和工业流程的脱碳到提供可再生能源发电的备用和存储解决方案。

虽然电池技术从未像现在这样炙手可热，但它也经历了一些相当大的发展阵痛。

“最大的挑战源自这两种资源的严重匮乏： 会导致供应链问题的原材料缺乏以及人才短缺，”Y. Shirley Meng 教授说，并补充道，即使在几年之前，也没有人预料到电池行业的发展速度会如此之快。

“新冠疫情一直是一个重要的警钟，提醒我们需要建立一个更稳健的供应链，”她继续说道。 “在疫情之前，我们在很大程度上依赖亚洲供应电池。而现在，西方公司正在争先恐后地确定在哪里建厂以及如何确保材料供应。”

获得可再生能源是成功的关键

然而，正如 Meng 指出的那样，电池的环保程度取决于为其供电的电网。

为了使电池技术可持续发展，需要实现绿色电子，

“为了使电池技术可持续发展，需要实现绿色电子，”她说。 “如果您在不包含大量可再生能源的电网中为汽车充电，那么电池本身就无助于减少地球的碳排放。”

随着对电池需求的增加，Meng 强调在合适的地方建立工厂和扩大使用可再生能源的重要性。

“电池生产需要在容易实现电气化和获得可再生能源的地方进行，”她说。

这种需求延伸到加热等关键工业过程，通过使用电加热解决方案可以显著提高这些工业过程的效率和可持续性。

采用电加热以提高效率

“这在阴极生产中尤其重要，因为它需要极高的温度来加热前体以生产阴极材料，”Meng 解释说。 “使用低效的加热方法将导致制造过程产生更多排放。”

另一个问题是缺乏制造电池所需的关键原材料，例如镍、钴和铜。 一种解决方案是寻找使采矿公司和锂精炼厂实现现代化并提高效率的方法，而另一种解决方案是探索锂离子电池的替代品。

下一代电池技术

目前人们正在研究下一代电池的各种替代品。 Meng 说，最有前途的三种电池包括锂金属电池、固态电池和钠离子电池。

“锂金属电池具有提高能量密度的潜力，因此可以解锁飞行汽车等应用，”她说。 “固态电池要安全得多，但生产成本也高得多。 钠离子电池技术仍处于起步阶段，但可能非常有前途，因为钠很容易获得。”

电池应设计成易于回收

减轻现有供应链压力的另一种方法是寻找更有效地回收锂离子电池的方法。

“目前只有大约 20% 的锂离子电池得以回收利用，因此我们必须开始考虑如何再利用这些资源，”Meng 说。 “这是一种从一开始就应该针对回收而进行设计的产品。 我们需要的电池组应该永远可以在地球上循环使用 — 而不是被倾倒在垃圾填埋场。”

大一百倍的容量

展望未来，Meng 强调发展她称之为健康电池行业的重要性。

她说：“为了推动世界能源转型，我们需要几百太瓦时的电池，这至少是我们现今容量的一百倍，”她补充说，这一容量需要在不耗尽我们自然资源或牺牲地球的情况下以某种方式增加。

“我们需要考虑如何采矿，在哪里采矿，以及如何回收，”Meng 说。 “这将需要规划和仔细考虑元素分布。 我希望看到新的电池生产商能够在可以随时获得可再生资源的地方建立工厂，并研究面向未来的锂电池的潜在替代品。”