世界最受欢迎的炮弹之死

电池已成为20世纪我们日常生活中不可或缺的一部分。但是随着新电池类型的发展，变革的步伐在21世纪急剧增加。由此产生的电池革命正在使我们为运输系统和重型设备提供动力的方式以及为城市提供动力的方式发生地震性转变。

这场革命的关键是开发出具有更高能量密度的可负担电池。新一代电池有可能结束铅酸电池的漫长统治。

但是，对于在这个令人振奋的新未来中争夺市场份额的许多不同电池类型感到困惑的消费者可以原谅。因此，让我们分解一下电池类型及其应用的基础知识。

电池类别

电池大致分为初级电池或次级电池。一次电池是一次性电池。我们都熟悉这些类型的电池。一次电池最常见的类型是碱性电池，之所以如此命名是因为其电解质是碱性的（氢氧化钾）。

您在五金店以15美元的价格购买20包Duracell电池是碱性电池。这些电池具有不同的尺寸和电压等级，其中最常见的是AA，AAA，C，D和9伏特。

一次电池很便宜，可用于手电筒，电视遥控器，玩具和消费类电子产品。

二次电池可充电。这些电池的初始成本通常高于原电池，但在需要快速消耗碱性电池的耗电应用中，它们开始具有明显的经济优势。

二次电池类型

最常见的二次电池类型是铅酸电池。铅酸电池是世界上大多数汽车中最古老的可充电电池。它的成本相对较低且可靠，但在主要类型的二次电池中，其能量/体积和能量/重量比最低。这使得它在重量和空间不足的能源存储应用中很受欢迎，例如太阳能光伏系统的备用电源。但是对于严重依赖电池电量的移动应用，铅酸电池正被新型电池迅速取代。

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锂离子电池已经成为使铅酸电池退位的最主要竞争者。锂离子电池在能量密度范围的另一端，是铅酸电池。它们在主要类型的二次电池中具有最高的能量体积和能量重量比。这意味着您可以将更多的能量打包到一个较小的空间中，并且重量也将降低。

与铅酸电池相比，锂离子电池仍然是新的。它们的缺点是成本，但是在过去十年中，这些成本已经下降，并且预计将继续下降。

其他两种主要的二次电池是镍基的，从能量密度来看，两者都介于铅酸和锂离子之间。镍镉电池（Ni-Cd电池）使用氢氧化镍氢氧化物和金属镉作为电极。镍镉电池在不使用时能很好地保持电压并保持电荷。但是这些电池以“记忆”效应而闻名，这种效应会在部分充电的电池充电时发生。随着时间的流逝，这会降低电池的容量。

镍镉电池曾经在便携式电动工具和便携式电子设备中流行。但是，由于成本较低和能量密度较高，镍氢（Ni-MH）电池在这些应用中已大大取代了它们。Ni-MH电池除了容量是相同大小的Ni-Cd电池的三倍外，还没有Ni-Cd电池的“记忆”效应。

选择合适的电池

考虑到越来越多的电池选择，可能难以确定适合您应用的最佳电池类型。一些重要的考虑因素是能量密度，功率密度，成本，循环寿命耐久性，电压和安全性。

这些考虑通常涉及权衡。理想情况下，电池将具有高能量和功率密度以及良好的耐用性-价格低廉。实际上，消费者不得不为能量密度更高的电池支付高价。但这正在改变。

研究机构彭博社（BloombergNEF）报告称，从体积上加权的锂离子电池组平均价格（包括电池和电池组）比2010-18年下降了85％，平均价格为176美元/千瓦时。BloombergNEF进一步预测，到2024年价格将降至94美元/千瓦时，到2030年将降至62美元/千瓦时。这将反映出20年间价格下降了95％。相比之下，铅酸电池组仍约为$ 150 / kWh，也就是铅酸电池发明160年之后。

因此，不久之后，能量最密集的电池也将成为最便宜的电池。这对铅酸电池的未来具有巨大的影响。

另一个重要的考虑因素是电池容量。容量定义了电池的运行时间，反映了电池可以提供的放电电流，直到需要充电为止。

电池的能量含量是通过将以安培小时（Ah）为单位的电池容量乘以电压以获得瓦特小时（Wh）来获得的。两块电池可以具有相同的Ah容量，但是如果一个电池的电压更高，它将具有更多的能量。

这些是要理解的重要概念，如果您要决定使用电池为手电筒供电还是要为叉车供电。

功率密度定义了电池的最大放电速率。一些电池要求较低的放电率，但是用于提供能量爆发的电池则需要更高的功率密度。

电池放电后，必须对其充电。电池的循环寿命耐久性通过反复循环来确定电池的稳定性。

最后，需要考虑电池的工作环境。例如，高温或低温会影响电池的性能和安全性。

案例分析

在接下来的几年中，许多公司将努力决定是否将其应用从铅酸过渡到更现代的电池类型。有几个经济方面的考虑，可以通过案例研究加以证明。

总部位于加利福尼亚的锂离子电池供应商OneCharge的总裁蒂姆·卡里莫夫（Tim Karimov）表示，他们的客户表明“锂离子的总体拥有成本平均在2至4年内平均降低了20％至40％。”

他们是如何得出这个数字的。尽管他们没有列举锂离子电池相对于铅酸电池的基本容量成本，但在演示中确实指出，铅酸电池可以由容量仅为60％的锂离子电池代替：

铅酸与锂离子的比较

其原因是铅酸电池的最大放电为80％，而锂离子电池可以放电为零。除此之外，锂离子电池还可以在白天的各个时间点（休息等）充电，这种做法会迅速缩短铅酸电池的使用寿命。

例如，该公司引用了最近的一个案例研究，其中客户能够通过将铅酸电池更换为锂离子电池，将手头上的叉车数量从17个减少到12个-主要是由于机会充电。

因此，即使锂离子电池的容量价格较高，但您需要较少容量的事实会降低锂离子溢价（根据BloombergNEF的说法，锂离子溢价的时间不会更长）。

卡里莫夫（Karimov）列举了一个案例研究，该案例通过2个班次和30辆卡车进行的水果种植，包装和运输操作的案例研究节省了更多资金：

-更换电池造成的停机时间-每年$ 56,000

-给铅酸电池浇水-每年$ 8,000

-需要一个新的电池室-$ 440,000

-与铅酸有关的健康风险，较高的预防性维护成本和保险费率

此外，锂离子电池的使用寿命更长，可循环3,000次，而铅酸电池则少于1,500次。从历史上看，消费者在决定是否改用锂离子电池时考虑了这种节省。但是随着锂离子价格的下跌，这一决定可能很快就会变得容易得多。

结论

世界正处于电池革命之中，但是成本下降和已安装的基础增加表明锂离子电池将取代铅酸电池。只要锂离子电池比铅酸电池贵，经济性将取决于电池的使用量（这会影响停机时间，维护等）。

但是随着锂离子价格的持续下跌，经济上的理由将仅取决于电池的价格。如果发生这种情况，铅酸电池的寿命将结束。

罗伯特·拉皮尔（Robert Rapier）