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调研：替代电池技术路线图2030（1）

发布：huangguang 来源：

PostTime：10-5-2024 19:30

来源：Alternative Battery Technologies Roadmap 2030+ (fraunhofer.de)文末附下载链接关键结果关于替代电池技术的路线图解决了一些问题：替代电池技术具体优势是什么?Me-ion电池钠离子电池在结构和操作原则方面与 ...

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来源：Alternative Battery Technologies Roadmap 2030+ (fraunhofer.de)

文末附下载链接

关键结果

关于替代电池技术的路线图解决了一些问题：替代电池技术具体优势是什么?

Me-ion电池

钠离子电池在结构和操作原则方面与锂离子电池非常相似。然而，它们对资源的依赖程度较低，具有更好的可持续性和成本效益的潜力。锌离子电池具有比锂离子电池低得多的能量密度，但同时由于使用了水基电解质，环境足迹要低得多。MIBs有潜力提供缺失的高重量和体积能量密度，这可能超过锂离子电池。铝离子电池可以设计成比锂离子电池具有更高的功率密度，比电容器具有更高的能量密度，以及高循环寿命和高倍率。然而，它们的能量密度比大多数其他Me-ion电池技术低得多。

Me-S电池

在Me-S电池领域也存在有前景的技术。锂硫电池具有比锂电池更高的重量能量密度的潜力，尽管体积能量密度和循环稳定性可能更低。此外，由于S的高能量密度和低成本，也有可能实现低每千瓦时成本。需要改进循环稳定性和功率密度。Na-S HT电池的重量能量密度略低于锂离子电池。由于使用的材料不同，Na-S HT电池的二氧化碳排放量可能比锂电池低。然而，系统效率和相对较高的成本都是一个明确的挑战。在这方面，Na-S RT电池实质上更有优势，并且在长期内也可以实现与锂电池相似的重量能量密度。

Me-air电池

在考虑的Me-air电池中，锂空气电池的技术准备水平(TRL)特别低，相应地有很高的研究需求。然而，理论上，锂-空气电池可以拥有极高的重量能量密度，而成本可能比锂电池略低。但要实现这一点，需要解决循环稳定性问题。锌空气电池可以认为比锂空气电池更先进，具有更高的TRL，并且可以实现与锂电池相当的相对较高的能量密度。

此外，它们甚至可能带来更低的成本和更少的二氧化碳足迹。然而，它们的功率密度相对较低。尽管根据公司公告，锌空气液流电池设计多年来一直处于商业化的边缘，但它尚未能够在市场上作为一种可行的替代电池技术建立自己的地位。

RFBs

基于钒的可再生燃料电池已经在市场上建立起来，但仍有改进的潜力(例如，通过材料替代，特别是钒)，以进一步降低成本和二氧化碳足迹。因此，如果需要低成本(例如，锌基电池)或高资源可用性(特别是钠基或镁基电池)，则考虑的一些替代电池技术特别合适，而它们的技术kpi主要决定它们对特定应用的适用性。

1. 介绍

本路线图的重点

因此，该路线图侧重于替代电池技术，这些技术似乎有希望在一个或多个长期应用中得到应用，也就是说，在一般情况下或在欧洲尚未商业化的电池。

该路线图涵盖了金属离子(Me-ion)、金属硫(Me-S)、金属空气(Me-air)和氧化还原液流电池(rfb)，其中钠离子电池(SIB)(一般和盐水，SIB盐)、镁离子电池(MIBs)、锌离子电池(ZIBs)、铝离子电池(AIBs)、锂硫(Li-S)、室温和高温下的钠硫(Na-S RT和HT)、锂空气(Li-air)、锌空气(Zn-air)和RFB进行了更详细的研究。

路线图采用整体视角，并涵盖

技术方面(kpi、TRL水平、潜在的未来发展);
经济方面(成本，潜在的应用和市场，生产，供应链)
生态方面(例如，资源可用性、可持续性)

1.1 市场发展

市场发展

到2030年，全球对锂离子电池的需求将超过每年3太瓦时(图1)。大多数技术报告和市场预测，到2030年，全球对锂离子电池的需求将达到2至4太瓦时，在最大情况下将达到6太瓦时。2030年后，市场将继续增长。到那时，新的市场，例如个人客运航空和许多其他市场可以达到相关的市场份额，这将进一步增加需求。从长远来看，全球电池需求每年超过10太瓦时被认为是现实的。

1.2 路线图法

我们使用了许多相互关联的方法来绘制这个路线图，它们依次建立在彼此的基础上(图2)。

1.3 对标锂离子电池

当前和未来的关键绩效指标

LIB可能的性能特征范围非常大。例如，通过正确的材料选择和电池设计，可以生产充放电率高达10C的高性能电池(Li4Ti5O12，钛酸锂(LTO)基锂电池)，寿命为数千次循环的高性能电池，或重量和体积能量密度超过250 Wh/kg和700 Wh/l的高能电池(例如NCA-LIB)。然而，所提到的所有最大值不能在单个电芯中同时实现。

2. 替代电池技术

2.1 替代电池技术概览

锂的许多特性对电池设计是有利的，并导致了锂离子电池(LIB)技术与铅酸(PbA)或镍氢(NiMH)电池等其他系统的建立。锂轻(比重量)，小(离子半径)，具有非常低的电极电位(与标准氢电极/ SHE相比)，因此具有高比容量的广泛电位电极(宿主)材料是可用的，并且在电池水平上可以实现高电压。虽然大多数电极组合没有合适的和本质稳定的电解质，但有机电解质可以实现稳定的运行。

原则上，锂离子电池的替代电池系统，以及锂在电极材料中的嵌入，可以以不同的方式想象：