TA博客|气候大会对电池行业的影响(内附最新TA锂电池解决方案)

2021年秋季，第26届联合国气候变迁大会（COP26）在格拉斯哥举行，旨在制定遏制温室气体排放和防止进一步气候变化的协议。第二十六届联合国气候大会在《巴黎协定》的基础上，通过实现二氧化碳（CO2）净零排放，将全 球变暖限制在2摄氏度以下。这两项协议将规划政府和各行业如何在未来十年内共同努力减少气候变化。

《格拉斯哥气候公约》中的一项重要协议呼吁各国通过”迅速扩大清洁发电和能源效率措施的部署”，”加速技术的开发、部署和传播，以及政策的通过，向低排放能源系统过渡”。平衡这种对清洁能源的优先考虑是要求加快 “逐步减少有增无减的煤电并淘汰低效化石燃料补贴”。该公约在联合国气候协议中首次明确提及煤炭和化石燃料。

电池行业将如何发挥作用？

有许多减少二氧化碳排放的补充战略。气候专家建议，我们可以通过采用可再生能源以及提高运输能源效率来为保护环境做出最大限度地努力。联合国的经济分析将锂离子电池定位为能源和运输行业中一个强而有力的缓解战略。

虽然锂离子电池本身不产生能量，但它们是加强绿色能源系统的有效存储解决方案。不稳定性是可再生太阳能和风能的一个主要缺陷。锂离子电池可以储存来自这些来源的能量，并平衡能源分配中的差距，从而提高绿色能源的可靠性和最终发电能力。

尽管索尼在1991年首次将锂离子电池用于消费类电子产品，但锂离子电池因其在运输中的绿色动力而日益广为人知。与汽油车相比，由锂离子电池驱动的电动汽车可减少约三分之二的温室气体排放 （前提是发电量来自可再生能源）。

电动汽车也不是唯 一采用锂离子电池的车辆 – “电动车、滑板车、汽车、公共汽车、卡车、甚至渡船 “越来越多地使用电池驱动，根据联合国信息，航空和航运也在朝着电力驱动方向发展。虽然城市内的电动公交车和卡车正在日益普遍，但长途、重型电动车仍然遥不可及。锂离子电池未能提供必要的能量密度，无法在长途货运卡车和公共汽车方面与天然气的成本和效率竞争。

锂离子电池开发人员需要关注什么？

电池科学家必须为电动汽车和绿色能源储存对锂离子电池不断增长的需求做好准备。这些领域需要锂离子电池的独特能力，开发者必须考虑这些能力。

电动汽车和运输对电池的需求

哪个因素会使购车者最 有可能从汽油转向电动？汽车制造商的共识：运行时间是汽车锂离子电池的最 重要因素。如果电动车比燃油车需要更少的充电时间，它们就能在市场上占据主导地位。此外，具有长运行时间的锂离子电池将促进电动巴士、货运卡车和飞机的采用。

安全是电动汽车的另一个主要问题，特别是在通用汽车和特斯拉发生电池起火的故事之后。通用汽车在发生几起火灾后召回了他们的GM 雪佛兰Bolt电池 但他们的问题是质量控制问题，而不是电池设计或性能的内在缺陷。特斯拉申明，他们的电池是完全安全的，美国国家公路交通安全管理局 也同意没有理由担心。循环寿命也是一个首要问题，因为消费者希望他们的电动汽车能像汽油车一样持续使用数年，甚至数十年。因此，电动车电池需要高循环寿命，或具备在性能下降之前多次放电和充电的能力。

动力或快速消耗能量的能力，是普通消费者对电动汽车的次要关注点。司机需要动力来快速加速并避免事故发生，但这种加速不需要过多的锂离子电池电量。然而，赛车是电动车的一个具体例子，需要更高的功率来实现更大的加速度。能量密度也不是消费者对电动车的首要关注点，因为目前的锂离子电池对于普通汽车来说已经足够轻便。能量密度对电动飞机的发展更为重要。同样，成本也不是当前创新的最 重要目标。电动汽车的锂离子电池在实现消费者友好的成本方面已经取得了很大的进展。虽然更低的成本将使更多的消费者购买电动车，但电动车生产商更关注电池质量和安全，即使这样会导致更高的价格。

网格能源存储对电池的要求

虽然电动车在锂离子电池方面受到的关注最 多，但可再生能源将需要电网存储来平衡电能波动。目前有几种电池技术在考虑之中，但锂离子电池技术是个优选。由于绿色能源存储通常需要电池每天充电和放电，因此循环寿命是该应用最 重要的因素。如果没有较长的循环寿命，电网电池的频繁更换就不值得花费财力或人力来安装。其次，锂离子电池必须具备安全性。新能源解决方案需要比其前身更安全，以满足政府和消费者的需求。除了安全性，成本是首要考虑因素。同样，能源生产商正在寻求更好的解决方案，不太可能投资相较于目前的石化燃料成本高得多的设备。

功率、运行时间和能量密度对于绿色能源存储来说并非重要因素。这些电池不需要高功率来快速释放能量 – 稳定的能量流足以维持家庭需求。电池也不需要极长的运行时间，因为它们一般最 多只须运行几天，直到太阳能或风能再次提供电力。最 后，电池被用于能源工厂时，不需要特别紧凑和能量密度，其要求不同于家庭或便携式设备。能源生产商可以通过组合多个电池来增加储能，而不需要单一的、超密集的电池。

电池开发商如何才能实现这些品质？

当电池开发者为特定的应用（如消费电子、电动汽车、电网存储）进行优化设计时，他们必须选择能够具有最佳运行时间、循环寿命、功率和能量密度的电池材料，同时还要验证不同条件下的安全性。材料开发和选择的多样性意味着电池开发在很大程度上取决于化学和材料研发。事实上，麻省理工学院（MIT）最 近的一项研究得出结论，自该技术诞生以来，锂离子电池成本下降97%，其中50%以上归功于化学和材料研发。因此，材料研发对设计出成功的锂离子电池至关重要，这意味着对构成电池主要部件的材料进行热分析、流变学和分子特性的分析表征，能使电池性能变得更好、更安全。

例如，当你使用笔记本电脑或充电后拿起手机时，你可能已经注意到一个关键的材料特性，即锂离子电池容易发热。这种发热对运行中的电池的警示和冷却需求意味着电池材料需要通过热分析对材料熔点和分解温度等参数进行表征，以便       确保整个电池的性能和安全运行。此外，电池制造涉及到固体颗粒、粘合剂和溶剂的混合物在储存、混合、涂抹和干燥过程中经历一系列的变形过程。流变学是对材料流动和变形情况的研究，帮助研究人员了解电池浆料的形成、储存和制造过程中的颗粒沉降情况。

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