本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。
似乎每隔幾周，我就會看到一個重大頭條新聞，宣佈發現了電池技術的“聖盃”，它有一天會讓我們的智慧手機在幾分鐘內充電，實現續航里程數百英里的廉價電動汽車，並實現廉價可靠的可再生能源儲存。
然而，似乎這些“改變遊戲規則”的電池都沒有出現在頭條新聞之後。那麼，問題是什麼呢？
卡內基梅隆大學機械工程系的助理教授文卡特·維斯瓦納坦也提出了同樣的問題。在最近的論文中，他和他的同事開發了量化電池化學物質在他們所謂的“炒作週期”中的位置的方法。
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研究人員使用關於特定電池化學物質的新技術論文的發表速度來確定其在他們所謂的炒作週期中的位置：從最初的“創新觸發”和“膨脹期望的頂峰”到最終的“生產力平臺”，鋰離子（Li-ion）電池今天就處於這個位置。
該圖表顯示了幾種不同的電池技術。鎂離子（Mg-ion）、鈉離子（Na-ion）和鋰硫（Li-S）電池的工作原理與今天的鋰離子電池類似，但它們在能量密度（即電池的大小/重量）和成本方面有潛力超越鋰離子電池。特別是，由於硫的成本低，鋰硫電池有可能比傳統的鋰離子電池便宜得多。然而，目前的鋰硫電池存在不穩定性，導致效率大幅下降和自放電增加。此外，當離子在電池內穿梭時，鋰硫電池電極可能會膨脹多達 80%，因此很難設計出能夠將電池固定在一起的材料。儘管如此，鋰硫電池是未來最有希望的技術之一，剛剛走過了維斯瓦納坦及其學生確定的“膨脹期望的頂峰”。
除了鋰離子電池之外，唯一克服了“幻滅低谷”並接近“啟蒙斜坡”的電池化學物質是鋰空氣（Li-air）。鋰空氣電池具有超越鋰離子電池的巨大潛力，因為它使用根本不同的技術來儲存能量。該電池在負極側使用金屬鋰，並在正極側與大氣中的氧氣發生反應。由於電池中的一種反應物是空氣，理論上您只需要一半的電池材料即可儲存相同的能量，並且電池的重量可以減少一半。這對於電動汽車尤其具有吸引力，電動汽車將從更小的電池組中受益匪淺。然而，鋰空氣電池在達到傳統鋰離子電池的成本和壽命並達到“生產力平臺”之前，還有很長的路要走。
維斯瓦納坦的研究很有用，因為它有助於從透視的角度看待不同的電池技術。雖然有很多偉大的創新即將出現，但在行動式電子產品、電動汽車和電網應用方面，鋰離子仍然是勝出的技術。也許在未來幾年，我們將看到鋰空氣電池趕上鋰離子電池。這將使電動汽車在與汽油和柴油燃料的汽車的競爭中更具競爭力。但是，鋰空氣電池在真正與鋰離子電池競爭之前，甚至更不用說與化石燃料競爭之前，還有很長的“啟蒙斜坡”要走。
在此帖子中引用的完整學術論文請點選此處閱讀：Oleg Sapunkov et al., 2015。