科普：电池这么重要的技术，是怎么发明出来的呢？

看一个典型的例子，一个五座的小汽车，车重大约900公斤，如果续航里程需要达到500公里，估算需要400多公斤的电池，也就是说电池会占车重的二分之一到三分之一，对整个交通工具来说，它的能量效率是不高的。

所以希望电池的能量密度更高，单位体积的材料能够容纳的锂离子更多，正负极之间的电压越高，电池的能量密度就越高。车身的重量越小，电动车的续航越长，所以这是一个非常重要的方向。

第二个研究方向是提高电池的安全性。这张照片是特斯拉的汽车在行驶的过程中，碰到了地上一个尖锐的突起，造成了严重的安全事故。

大家知道特斯拉的电池是做在底盘上的，虽然做了安全性能防护，但是在这个事故当中，它的电池被尖锐的突起扎穿，相当于造成了电池短路，最终使电池起火，所以电池的安全性很重要。

这是实验室做的一个安全性测试，用两个相同能量密度（205Wh/kg）的电池进行针刺实验，一个是没有经过处理的电池，一个是经过材料改进以后的电池，没有处理的电池发生了严重的燃爆，这个电池是10Ah，一辆普通的乘用车大概有400-500个这样的电池。

大家可以想像，如果发生短路或者撞击到尖锐物体等极端情况，安全性不好的电池实际上是很危险的，这也是为什么要不断提升它的能量密度，但同时也提升它的安全性的原因，这是电池的一个重要研究方向。

电池技术，可以使人类生活更加绿色

未来还需要研发什么样的电池？需要把电池工业做的更加绿色、更加环保、更加低成本。刚才演示的这些电池，都需要用到锂元素、钴元素、镍元素，在元素周期表上可以看到金属锂分布不高，钴和镍都属于比较稀有的元素，它们的储量很有限。

像金属钴，在整个地球上主要出产于刚果金，这是一个政治上不太稳定的国家，所以金属的来源有问题。

因此，电池领域都在开发含有其他元素，像钠、镁、钙、铝这些储藏分布更丰富的材料所做的电池，甚至利用有机材料、绿色生物质材料来做电池。

电池研发其实有很多高大上的研究工具。中国的散裂中子源在广东东莞，中国是继美国、日本、英国以后第四个有散裂中子源的国家，有意思的是散裂中子源上的第一个实验数据和第一篇发表的论文，都是跟锂电池有关的。

还有上海光源，包括同步辐射光源和自由电子激光器，以及欧洲的同步辐射光源，苏州的真空互联大装置上有一个锂电的研究平台，还有日本的超级光源spring-8。

大家可以看到这些电池研究，未来也会用到有趣的、最先进的工具。

电能无论是使用还是传输，都需要一个比较稳定的负荷负载。但风能和太阳能是间歇性的，有时候有云飘过来，发电的量就少，所以怎么使这些电网更加稳定？就需要有强大的电池进行储能的削峰填谷（注：削峰填谷是调整用电负荷的一种措施，使发电、用电趋于平衡）。所以未来需要运用储能的装置，电动汽车也可以作为分布式的储能装置，整合到整个智能电网里面。

除了可再生能源，未来的人类社会也会更加智能，现在大家都讲5G物联网的应用，讲人工智能和超级计算等。实际上很多移动的装置，家庭智能家居，在路上车子互相之间会有信息的沟通和交流，未来整个地球都会互联在一起。不仅是能源的互联，也是信息的互联，所有在互联的物体、器件，都需要电池，没有电池就不能工作，电池可以使未来更加绿色、更加智能、更加移动。