《自然》杂志：如果锂电池十年后不能被替代，电动汽车大规模发展将受到限制

在最近出版的《自然》杂志上，一篇题为《重新设计锂离子电池还有十年》的文章指出，锂离子电池的性能和价格的演变速度正在放缓。如果不加强对基于丰富铁、铜等材料的电极材料的研究，电动汽车的大规模发展将受到限制。

电动汽车需要功能强大、重量轻、价格合理的电池。最好的选择是商用锂离子电池，它们相对紧凑且稳定。但它们仍然过于笨重和昂贵，无法广泛使用。在过去的二十年里，可充电锂离子电池的性能稳步提高。存储在电池组中的能量是三倍以上，从每升200瓦时（Wh-1）到700瓦时（Wh-1）；成本也下降了30倍，降至每千瓦时150美元左右。然而，这仍然高于美国能源部设定的每千瓦时100美元的可负担性目标。一辆电动汽车（50-100千瓦时）仍然需要一块重约600公斤、占用500升空间的电池。另一方面，随着传统技术接近基本极限，技术进步的步伐正在放缓，因为电极材料晶体结构之间的间隙中可以存储的电荷量接近理论最大值。研究人员预测，下一次市场增长不会显著降低价格，因为市场已经很大了。研究人员警告说，必须尽快找到钴、镍和其他稀有金属的替代品，以满足对电动汽车电池日益增长的需求，因为它们的稀缺性正在推高价格：在过去两年中，钴、镍及其他稀有金属价格翻了四番，从每公斤22美元涨到81美元。汽车制造商和政府预测，到2025年，每年将生产1000万至2000万辆电动汽车。如果每个汽车电池需要10公斤钴，到2025年，电动汽车每年将需要10-20万吨钴，这是目前世界产量的大部分。同样，每年需要40-80万吨镍，占当今金属使用量的20-40%。当卡车、公共汽车、飞机和船舶改用电池供电时，需要更多的电力。如果没有变化，20年后需求将超过产量。我们预测，钴的价格将在2030年之前上涨，镍的价格将于2037年或更早上涨。

到2050年，每年生产5000万至8000万辆电动汽车需要50万至80万吨钴。从2030年起，这将远远超过目前的采矿能力。同样，到2050年，镍的需求将增长2-3倍。到20世纪30年代中期，镍的短缺将显而易见。一旦供应达到峰值，电动汽车电池的价格可能会上涨1000美元以上。锂离子电池通过在两个电极之间移动锂离子来工作，从阳极流到阴极的离子会产生放电电流，为汽车提供电力。当电池充电时，锂离子会回流。在今天的电动汽车商用电池中，锂离子储存在构成电极的晶体中的微小间隙中（这些晶体被称为嵌入电极）。阳极通常由石墨制成，阴极由金属氧化物制成。用于电极的材料，特别是稀有金属，如钴和镍，既稀有又昂贵。

目前，最有前途的替代方法是在电极中使用转换材料，并与锂离子与铜、铁、氟化物和硅反应。通过转换阴极中的过渡金属，电池可以容纳比标准阴极多6倍的锂原子。原作者：Kostiantyn Turcheniuk，Dmitry Bondarev，Vinod Singhal&；

Gleb Yushin在最近出版的《自然》杂志上，一篇题为《重新设计锂离子电池还有十年》的文章指出，锂离子电池的性能和价格的演变速度正在放缓。如果不加强对基于丰富铁、铜等材料的电极材料的研究，电动汽车的大规模发展将受到限制。

电动汽车需要功能强大、重量轻、价格合理的电池。最好的选择是商用锂离子电池，它们相对紧凑且稳定。但它们仍然过于笨重和昂贵，无法广泛使用。在过去的二十年里，可充电锂离子电池的性能稳步提高。存储在电池组中的能量是三倍以上，从每升200瓦时（Wh-1）到700瓦时（Wh-1）；成本也下降了30倍，降至每千瓦时150美元左右。然而，这仍然高于美国能源部设定的每千瓦时100美元的可负担性目标。一辆电动汽车（50-100千瓦时）仍然需要一块重约600公斤、占用500升空间的电池。另一方面，随着传统技术接近基本极限，技术进步的步伐正在放缓，因为电极材料晶体结构之间的间隙中可以存储的电荷量接近理论最大值。研究人员预测，下一次市场增长不会显著降低价格，因为市场已经很大了。研究人员警告说，必须尽快找到钴、镍和其他稀有金属的替代品，以满足对电动汽车电池日益增长的需求，因为它们的稀缺性正在推高价格：在过去两年中，钴、镍及其他稀有金属价格翻了四番，从每公斤22美元涨到81美元。汽车制造商和政府预测，到2025年，每年将生产1000万至2000万辆电动汽车。如果每个汽车电池需要10公斤钴，到2025年，电动汽车每年将需要10-20万吨钴，这是目前世界产量的大部分。同样，每年需要40-80万吨镍，占当今金属使用量的20-40%。当卡车、公共汽车、飞机和船舶改用电池供电时，需要更多的电力。如果没有变化，20年后需求将超过产量。我们预测，钴的价格将在2030年之前上涨，镍的价格将于2037年或更早上涨。

到2050年，每年生产5000万至8000万辆电动汽车需要50万至80万吨钴。从2030年起，这将远远超过目前的采矿能力。同样，到2050年，镍的需求将增长2-3倍。到20世纪30年代中期，镍的短缺将显而易见。一旦供应达到峰值，电动汽车电池的价格可能会上涨1000美元以上。锂离子电池通过在两个电极之间移动锂离子来工作，从阳极流到阴极的离子会产生放电电流，为汽车提供电力。当电池充电时，锂离子会回流。在今天的电动汽车商用电池中，锂离子储存在构成电极的晶体中的微小间隙中（这些晶体被称为嵌入电极）。阳极通常由石墨制成，阴极由金属氧化物制成。用于电极的材料，特别是稀有金属，如钴和镍，既稀有又昂贵。

目前，最有前途的替代方法是在电极中使用转换材料，并与锂离子与铜、铁、氟化物和硅反应。通过转换阴极中的过渡金属，电池可以容纳比标准阴极多6倍的锂原子。原作者：Kostiantyn Turcheniuk，Dmitry Bondarev，Vinod Singhal&；格莱布·尤申

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