本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
似乎每隔几周，我就会看到一个重大头条新闻，宣布发现了电池技术的“圣杯”，它有一天会让我们的智能手机在几分钟内充电，实现续航里程数百英里的廉价电动汽车，并实现廉价可靠的可再生能源存储。
然而，似乎这些“改变游戏规则”的电池都没有出现在头条新闻之后。那么，问题是什么呢？
卡内基梅隆大学机械工程系的助理教授文卡特·维斯瓦纳坦也提出了同样的问题。在最近的论文中，他和他的同事开发了量化电池化学物质在他们所谓的“炒作周期”中的位置的方法。
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研究人员使用关于特定电池化学物质的新技术论文的发表速度来确定其在他们所谓的炒作周期中的位置：从最初的“创新触发”和“膨胀期望的顶峰”到最终的“生产力平台”，锂离子（Li-ion）电池今天就处于这个位置。
该图表显示了几种不同的电池技术。镁离子（Mg-ion）、钠离子（Na-ion）和锂硫（Li-S）电池的工作原理与今天的锂离子电池类似，但它们在能量密度（即电池的大小/重量）和成本方面有潜力超越锂离子电池。特别是，由于硫的成本低，锂硫电池有可能比传统的锂离子电池便宜得多。然而，目前的锂硫电池存在不稳定性，导致效率大幅下降和自放电增加。此外，当离子在电池内穿梭时，锂硫电池电极可能会膨胀多达 80%，因此很难设计出能够将电池固定在一起的材料。尽管如此，锂硫电池是未来最有希望的技术之一，刚刚走过了维斯瓦纳坦及其学生确定的“膨胀期望的顶峰”。
除了锂离子电池之外，唯一克服了“幻灭低谷”并接近“启蒙斜坡”的电池化学物质是锂空气（Li-air）。锂空气电池具有超越锂离子电池的巨大潜力，因为它使用根本不同的技术来存储能量。该电池在负极侧使用金属锂，并在正极侧与大气中的氧气发生反应。由于电池中的一种反应物是空气，理论上您只需要一半的电池材料即可存储相同的能量，并且电池的重量可以减少一半。这对于电动汽车尤其具有吸引力，电动汽车将从更小的电池组中受益匪浅。然而，锂空气电池在达到传统锂离子电池的成本和寿命并达到“生产力平台”之前，还有很长的路要走。
维斯瓦纳坦的研究很有用，因为它有助于从透视的角度看待不同的电池技术。虽然有很多伟大的创新即将出现，但在便携式电子产品、电动汽车和电网应用方面，锂离子仍然是胜出的技术。也许在未来几年，我们将看到锂空气电池赶上锂离子电池。这将使电动汽车在与汽油和柴油燃料的汽车的竞争中更具竞争力。但是，锂空气电池在真正与锂离子电池竞争之前，甚至更不用说与化石燃料竞争之前，还有很长的“启蒙斜坡”要走。
在此帖子中引用的完整学术论文请点击此处阅读：Oleg Sapunkov et al., 2015。