2021年秋季，第26届联合国气候大会（COP26）在格拉斯哥举行，旨在制定遏制温室气体排放和防止气候变化的协议。第二十六届联合国气候大会在《巴黎协定》的基础上，通过实现二氧化碳（CO2）净排放，将全球升温限制在2摄氏度以下。这两项协议将规划政府和各行业在未来十年中如何共同努力减少气候变化。

《格拉斯哥气候公约》 中的一项关键协议要求各国 “加速开发、部署和传播技术，并采取政策，向低排放能源系统过渡”，”迅速扩大清洁发电和能源效率措施的部署”。平衡这种对清洁能源的优先考虑是要求加快 “逐步减少有增无减的煤电并淘汰低效化石燃料补贴”。该公约在联合国气候协议中首次明确提及煤炭和化石燃料。

已规划多种战略来减少二氧化碳排放。气候专家建议，我们可以通过采用可再生能源以及提高运输能源效率来为保护环境做出最大限度地努力。联合国的经济分析将锂离子电池定位为能源和运输行业的一个强有力缓解战略。

虽然锂离子电池本身不产生能量，但它们是加强绿色能源系统的有效存储解决方案。不稳定性是可再生太阳能和风能的一个主要缺陷。锂离子电池可以储存来自这些能量，并平衡能源分配中的差距，从而提高绿色能源的可靠性和最终发电能力。

尽管索尼在1991年首次将锂离子电池用于消费类电子产品，但锂离子电池却因作为交通领域的绿色动力而日益知名。与汽油车相比，由锂离子电池驱动的电动汽车可减少约三分之二的温室气体排放 （前提是发电量来自可再生能源）。电动汽车也并非锂离子电池的唯一车辆类型 – “电动车、滑板车、汽车、公共汽车、卡车、甚至渡船 “越来越多地使用电池驱动，根据联合国信息，航空和航运也在朝着电力驱动方向发展。虽然城市内的电动公交车和卡车正在日益普遍，但长途、重型电动车仍然遥不可及。锂离子电池没有提供必要的能量密度，无法在长途货运卡车和公共汽车方面与天然气的成本和效率竞争。

电池科学家必须为电动汽车和绿色能源储存对锂离子电池不断增长的需求做好准备。这些领域需要锂离子电池的独特能力，开发者必须考虑这些能力。

电动汽车和交通行业对电池的需求

哪个因素会使购车者最有可能从汽油转向电动？汽车制造商的共识：运行时间是汽车锂离子电池的最重要因素。如果电动车比燃油车的加油站需要更少的充电时间，它们就能在市场上占据主导地位。此外，具有长运行时间的锂离子电池将促进电动巴士、货运卡车和飞机的电动发展趋势。

安全是電動汽車的另一個主要問題，特別是在通用汽車和特斯拉發生電池起火的故事之後。通用汽車在發生幾起火災後召回了他們的GM 雪佛蘭Bolt電池 但他們的問題是品質控制問題，而不是電池設計或性能的內在缺陷。特斯拉申明，他們的電池是完全安全的，美國國家公路交通安全管理局 也同意沒有理由擔心。週期壽命也是一個首要問題，因為消費者希望他們的電動汽車能像汽油車一樣持續使用幾年，甚至幾十年。因此，電動車電池需要高週期壽命，亦即在性能下降之前具備許多次充放電的能力。

功率，或稱快速消耗能量的能力，是普通消費者對電動汽車的次要關注點。司機需要動力來快速加速並避免事故發生，但這種加速不需要高昂的鋰離子電池提供電量。然而，賽車是電動車的一個具體例子，需要更高的功率來實現更大的加速度。能量密度也不是消費者對電動車的首要關注點，因為目前的鋰離子電池對於普通汽車來說已經足夠輕了。能量密度對電動飛機的發展更為重要。同樣，成本也不是當前創新的最重要目標。電動汽車的鋰離子電池在實現消費者友好的成本方面已經取得了很大的進展。雖然更低的成本將使更多的消費者購買電動車，但電動車生產商更關注電池品質和安全，即使這樣會導致更高的價格。

电网能源存储对电池的要求

雖然電動車在鋰離子電池方面受到的關注最多，但可再生能源將需要電網存儲來平衡電能波動。目前有幾種電池技術在考慮之中，但鋰離子電池技術是一個優選。由於綠色能源存儲通常需要電池每天充電和放電，因此週期壽命是該應用最重要的因素。如果沒有較長的週期壽命，電網電池就不值得花費人力財力來安裝頻繁更換的鋰電池了。其次，鋰離子電池必須具備安全性。新能源解決方案需要比其前身更安全，以滿足政府和消費者的需求。除了安全性，成本是首要考慮因素。同樣，能源生產商正在尋求更好的解決方案，不太可能投資於比他們目前的化石燃料系統成本高得多的設備。

功率、運轉時間和能量密度對於綠色能源存儲來說並非重要因素。這些電池不需要高功率來快速釋放能量 – 穩定的能量流對維持家用就夠了。電池也不需要極長的運轉時間，因為它們一般最多只要運轉幾天就能等到太陽能或風能再次提供電力。最後，電池被用於能源工廠時，其要求不同於家庭或可擕式設備，不需要特別精實和能量密度的特性。能源生產商可以通過組合多個電池來增加儲能，而不需要單一的、超密集的電池。

當電池開發商為特定的應用（如消費電子、電動汽車、電網存儲）進行優化設計時，他們必須能夠選擇具有最佳運轉時間、週期壽命、功率和能量密度的電池材料，同時還要驗證不同條件下的安全性。材料開發和選擇的多樣性意味著電池開發在很大程度上取決於化學和材料研發。事實上，麻省理工學院（MIT）最近的一項研究得出結論，自該技術誕生以來，鋰離子電池成本下降97%，其中50%以上歸功於化學和材料科學研發。因此，材料研發對設計出成功的鋰離子電池至關重要，這意味著對構成電池主要部件的材料進行熱學、流變學和分子特性的分析表徵，從而使電池性能變得更好、更安全。

例如，當你使用筆記型電腦或充電後拿起手機時，你可能已經注意到一個關鍵的材料特性，即鋰離子電池容易發熱。這種發熱對工作中的電池的警示和冷卻需求意味著電池材料需要通過熱分析對材料熔點和分解溫度等參數進行表徵，以便確保整個電池的性能和安全運行。此外，電池製造涉及到固體顆粒、黏結劑和溶劑的混合物在儲存、混合、塗佈和乾燥過程中經歷一系列的變形過程。流變學是對材料流動和變形情況的研究，指導研究人員瞭解電池漿料的形成、儲存和製造過程中的顆粒沉降情況。

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