在生活中，电池是最重要的化学用品之一，也是人们目前最渴望改变的东西。由于电池质量的问题，导致的其膨胀变形、燃烧甚至爆炸，这种风险不但危害到人们的生命，还给人们带来了极大的恐慌。

在安全问题之外，电池容量是目前需要迫切改变的重点之一，各种没电也称为了光明正大又正常的借口，人们不得不借助各种各样的备用电池、移动电源来解决燃眉之急。大电量、小体积的电池一直是人们追求的目标。

而人们对电池的要求还体现在充电速度上，如果可以在几秒钟给手机充满电，这对于使用者来说必然也是一件非常幸福的事。

然而目前常见的锂电池技术是在 20 世纪 70 年代发明的。锂的密度很低，在重量上比其他材料具有较强的优势，在研究人员将其改造成安全易用的电池后，索尼于 1991 年生产出了第一款锂离子电池。早期的所有锂离子电池使用的都是液体电解质，即电池有漏液风险。在 1994 年，商用聚合物电解质出现了，这种聚合物的出现让电池的使用更加安全，同时也让电池的形状有了飞快的变化。到了 2009 年，第一款锂聚合物电池终于出现在消费者的手中。

由于目前各行各业对电池严重的依赖，使得电池这种造价低廉的产品进步十分缓慢，新的技术从开始实施到生产出产品需要较长的时间周期。虽然现在的电池每年以百分之五的水平进行提高，现代的电池离安全好用还差得很远，寻找锂电池的替代方案才是正确的选择。

有哪些电池能接过锂电池的重担呢？

镁电池

目前很多人都对镁基充电电池产生了兴趣，从微观上看，镁比锂多了一倍的最外层电子，镁电池的能量密度理论上是锂电池的两倍，同时镁电池的充放电过程也会更安全。在使用的时候，由于锂电池在循环使用的时候会产生锂枝晶结构，造成电池容量的下降，更严重的问题在于如果锂枝晶持续生长，会刺穿电池中的薄膜，引发电池短路出现更严重的危险。而镁电池不具有这样的问题，同时即便是镁暴漏在空气中，也不会像锂一样与空气进行反应。更安全。

目前对于镁电池来说，没有合适的电解质才是镁电池面对的问题。除此之外，镁电池低温电压比锂电池低很多，在目前的情况下，电压改变才是比较严重的问题。

然而，在 2016 年初，丰田根据储氢方面的研究，发表了一篇关于新型电解质的研究。虽然距离生产镁电池还有一定的距离。但还是给镁电池扎了一针强心剂。

石墨烯电池

石墨烯是单层原子厚的二维材料，在 2004 年曼彻斯特大学发现。这种材料有很多非常出色的特性。石墨烯的导电能力、强度和超薄的特点，使得人们用石墨烯来改善电极结构，并能提高现有的电池效率，稳定材料状态，延长使用寿命。

最令人兴奋的发现是石墨烯超级电容器。电容器本质上和电池是一样的，都是存储电量的器件。但是电容器充放电的速度要比常规的电池快得多，但是电容器的能量密度相比电池要小一些。电容还存在的问题是，一个充满电的电容器，即便没有使用，电量也会不停的下降，比电池放电快得多。

石墨烯超级电容器理论上的能量密度非常大。当然在充电速度上和电容是一样的，比电池快得多，大约是常见电池充电速度的三十倍。在超级电容器的内部没有电解液进行物理上的变化，所以几乎不会受到和普通化学电池一样的损耗。虽然具有很多优点，但是超级电容器离应用还有很远的路要走。到目前为止，这项技术还只能在实验室中使用。

从材料的角度讲，石墨烯出现的年头非常短，对此人们还需要更多的研究。从目前的需求上看，超级电容器最先应用的方向就是电动汽车了，如果能成功应用，会大幅缩短电动汽车的充电时间，同时也让电动汽车跑的更远。

新型锂化学电池

还有两种不同于以往的锂电池也是值得注意的，第一种是锂-硫电池，这种电池使用硫碳电极和硫化锂电解质代替了锂电池中的原有部分，按照这种方式做出来的电池的实际能量密度已经比锂电池提高了两倍。但该电池目前的缺点有以下几方面，电解质不稳定、充电慢、使用寿命短、发热比较高。

锂-硫电池在某些特殊又小众的领域已经应用一段时间了，虽然一直没有什么革命性的突破。同时奥克斯能源也在测试这种电池在电动汽车上的性能。然而手机用户肯定要等一阵子了。因为索尼预测在 2020 年这种电池只比普通锂电池性能高 40%。

而另一种锂电池是锂空气电池，它的原料是用大气中的氧气和电池中的锂，这种电池理论上的能量密度具有压倒性的优势。但是目前这种电池的充放电效率比较差，污染环境的概率比较高和而且有燃烧的风险，因为电池的反应原理就是利用锂与氧气燃烧。

虽然很久之前就有锂空气电池的消息，但是这种电池被冷落了很久，直到 5 年前人们对电池的要求越来越高，这个电池又开始在研究领域活跃起来。

当然，金属空气电池并不只有锂空气，还有很多其他的金属空气电池一同在发展。比方说锌空气电池，是目前最小的长寿命电池，广泛用于助听器等方面。铁空气电池和铝空气电池也是锂电池潜在的替代品。

其他

环境问题和无处不在的移动需求，促使了电池领域的不停进步。生物技术、纳米技术、燃料电池都被提起了太多次，有无数种制作电池的方式和材料。

一般说来，判断电池前景的方法主要依据这几点，部分研究机构或者研究者为了赚取研究经费，会过分夸大某些研究的前景。而某些有稳定经济来源的机构，发表的论文具有更高的可信性，但这并不能保证新技术是必然可行的。

在可预见的未来，锂电池还是有很大潜力的。这点看三星就知道了，虽然有强大的研发实力和资金但是仍然使用锂电池。

（ 图片来自 flickr ）

**本文作者赵盖子，文章首发头条，微信公众号【烯引力】-不仅仅是石墨烯，烯引力致力于发现全球范围的新材料趋势。转载请与微信号 t2ipo001 联系，并保留本信息。未包含本信息的转载将受到侵权投诉。