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锂电材料不断产生 锂电池未来会更精彩

近日，2019年诺贝尔化学奖颁给了美国德州大学奥斯汀分校约翰·古迪纳夫、美国纽约州立大学宾汉姆分校斯坦利·威廷汉和日本旭化成株式会社吉野彰三人，以表彰他们对锂离子电池研发的贡献。那么，锂电池是如何研发出来的？未来的发展将会怎样？

1 没有锂电池就没有移动智能生活

我们早已生活在一个“可充电的世界”，但真正带来电子设备便携化，开启了现代移动生活的则是锂电池。可以说，如果没有锂电池，就没有我们现在的移动智能生活。

锂电池因重量轻、可充电、功能强大且便携，被广泛应用于从手机到笔记本电脑等各个领域。它在全球范围内用于为便携式电子设备供电，我们使用这些便携式电子设备通讯、工作、学习和娱乐。

锂电池还促进了长续航电动汽车的开发以及来自可再生能源（例如太阳能和风能）的能量存储，为实现一个无线（可移动）、无化石燃料的社会打下基石。可以说，锂离子电池作为能源存储器件，彻底地改变了人类的生活。

此次诺贝尔化学奖授予三位锂电领域的科学家，是对每一位为锂电池从无到有、从实验室走向商业化做出贡献的锂电从业者的认可，是对仍在从事锂电研究和志在继续推动清洁、便携社会发展的人们的激励。

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锂电隔膜作为锂电池的重要组成部分，在锂电材料总成本占比为5——10%。2017——2018年国内隔膜在产能建设、成本下行、技术提升等方面都取得很大的进步。从量来看，2018年中国锂电隔膜在全球市场占比继续摘得桂冠；从客户结构来看，国产隔膜不断进行进口隔膜在中国市场的替代，降低了进口隔膜在国内市场的占比，另外国产隔膜还实现大批量出口，且出口量持续保持上升，这反应了国产隔膜在技术上的进步。

高工产研锂电研究所（GGII）调研数据显示，2018年中国锂电池隔膜出货量20.2亿平米，同比增长39.7%，隔膜产量增长主要动力有：

1）2018年新能源汽车产量122万辆，同比增长50%，带动国内动力电池产销同比增长超过45%，而国内动力电池用隔膜以国产为主；

2）隔膜国产化率进一步提升，从2017年90%上升到2018年93%。国内隔膜继续替代进口隔膜在中国的市场；

3）出口量持续增加，随着国内湿法隔膜技术逐步提升，湿法隔膜出口比例加大，如上海恩捷、星源材质等出口量增加； 荆门国外进口电池测试仪圆柱电池检测设备，武汉格瑞斯新能源有限公司。

我国锂电研究者正在开展大量原创工作

中美日韩德英等国都制定了各自的电池发展战略，以期推动电池原理的创新以及技术的开发，支撑当代社会的可持续发展。我国锂电研究者们在国家和社会的支持下，围绕高效能量存储这个不变的“初心”，持续开展科学研究。

目前锂电池领域主流研究方向仍聚焦在寻找更安全高效的负极材料。由笔者带领的清华大学研究团队从2013年开始，在金属锂负极形核和无枝晶生长领域开展了原创性的科学研究。

研究发现，在金属锂负极中添加具有亲锂性的掺氮碳骨架，让电池中游离的锂离子在充电初始，就像小蝌蚪找妈妈一样，优先奔向青蛙妈妈——掺氮位点，在电池中形成均匀分布的金属锂“小团体”；在充电过程中，“小蝌蚪和青蛙妈妈”的“小团体”继续“抱团”。这种均匀沉积的行为可以避开以往形核少而产生的金属锂枝晶生长。

基于上述成果的论文2017年被化学领域期刊《德国应用化学》选为封面，今年还入选了由北京市科学技术协会主办的“北京地区广受关注学术论文”评选活动。研究团队在上述能源化学机理的基础上，进一步设计了碳锂复合负极。

氢燃料概述 – 原理概念及应用

氢燃料电池严格意义上来说丌能称作为“电池”，而是一种被称为“质子交换膜”的发电技术，实际效果更接近于一台发电机。它将氢气和氧气通过质子交换膜催化后逆电解进行发电，其本身幵无法蓄电，发的电随发随用，无需燃烧，除了水和二氧化碳以外没有任何排放物。这种电池具备能量转换效率高、噪音低、无污染、寿命长、启劢迅速、比功率大和输出功率可随时调整等性能优势。燃料电池在很多领域已经开始应用。比如早期的航空航天劢力应用，早将燃料电池作为航空航天主要能源方式的可追溯到上世纪50年代美国NASA的阿波罗登月计划，后来燃料电池逐步由航空航天、边远地区发电等领域向商用领域过渡，目前占比的应用之一是是发电或辅助备用电源发电，例如美国很多数据中心将燃料电池作为备用电能使用。

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燃料电池

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是**有发展前途的发电技术 吉林电池容量测试仪

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