随着世界各国政府关注应对气候变化和刺激后 COVID 经济，电池已成为公众对话中越来越重要的一部分。现在非常清楚，世界向清洁能源和电动汽车过渡的能力取决于可用电池的数量和质量。锂离子电池是唯一能够满足电动汽车和可再生能源存储性能要求的技术。然而，对锂离子电池的需求增长速度远快于对生产锂离子电池所需原材料的投资。行业分析师预计，到 20 世纪中期，电池需求将超过材料供应。迫切需要锂离子电池的替代品，以确保向清洁能源的过渡继续有增无减。
锌离子电池：一种新的锂离子电池替代品
最初开发锂离子电池是因为它们能够以较小的质量和体积存储大量的能量。这种高能量密度对于电子产品和电动汽车等便携式应用至关重要。然而，可再生能源存储等固定应用无法从这种能量密度中受益。事实上，锂离子电池固有的安全问题对该市场构成了重大挑战。因此，该应用为锂离子替代品提供了最多的机会。
为了在固定储能中取代锂离子，新的电池化学物质需要能够与锂离子的功率能力相匹配，同时提供更高的安全性和生命周期成本。尽管进行了许多尝试，但很少有技术能够实现这一点。例如，液流电池提供了更高的安全性和生命周期成本，但提供的功率太低而无法在电网中广泛使用。锌空气电池也是如此。卤化锌电池似乎是替代锂离子的最佳候选者，但它们的尺寸是同类锂离子系统的 10 倍以上，这使得它们不适合住宅应用并且具有严重的成本影响。
幸运的是，有一种新的电池技术可以克服这些限制。锌离子电池是一种完全独特的锌电池，其工作原理与锂离子电池相同。这些相似之处意味着它具有可再生能源存储所需的功率能力，同时也足够紧凑，可以直接替代储能系统中的锂离子电池。它的水基化学性质使其具有本质安全性。使用锌等丰富且廉价的原材料解决了锂离子电池面临的供应链问题，同时显着降低了成本。最后，它与锂离子的相似性使其可以使用相同的制造工艺和设备，从而可以快速且低成本地扩大规模。
通过安全和供应链安全获得优势
鉴于锂离子的三十年领先优势，建立锂离子替代品的可信度必然是一个缓慢的过程。为了快速获得市场份额，锌离子电池等技术需要专注于锂离子电池的安全和供应链问题限制部署的应用。安全是最紧迫的需求，而供应链安全将在整个十年中变得越来越重要。
鉴于锂离子电池在笔记本电脑和手机中无处不在，人们很难害怕它们，但固定储能所需的电池尺寸会成倍增加安全风险。当 Samsung Galaxy 的电池着火时，足以造成人身伤害或财产损失。Tesla Powerwall 就像将 1000 个三星 Galaxy 挤在一个盒子里。如果这些电池中的任何一个发生故障，并且这种故障导致相邻的电池也发生故障，结果就是需要专门的消防技术来控制的地狱。很难准确衡量锂离子电池发生了多少次未报告的火灾，但2012年至 2017 年期间约有 49 起召回事件，影响了超过 400 万种产品。美国消防局还认为锂离子是大约七年内 195 起爆炸和火灾的来源。此外，许多锂离子电池是在中国生产的，这使得准确监控所使用的材料并确保完全遵循制造过程成为一项挑战。像锌离子这样本质安全的电池是确保储能系统安全的唯一方法。
电池对电网的重要性日益增加，这意味着它们正在成为一项至关重要的技术。由于 COVID，许多政府对依赖外国供应链建设关键基础设施变得敏感。锌离子电池使用世界各地丰富的材料。例如，美国可以通过北美矿山满足其全部可再生能源存储需求。
展望未来
为了帮助缓解气候变化并促进向可再生能源的过渡，世界需要廉价、安全、持久且易于扩展的电池。锂离子不能单独做到这一点，但真正的替代品是有限的。因此，锌离子的发展是一个令人兴奋的机会，值得工业界和政府专家密切关注。随着锌离子研究的迅速成熟和首批商业产品的接近完成，将安全和供应链安全放在首位的公司应将锌离子纳入其产品路线图。