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下一代电池的最新发展

Sam Holland 2019-06-10

电池是现代电子产品发展的动力。它们主要用于为不同的负载提供启动电流并存储电荷,为便携式电子产品或电网提供备用电源。锂离子电池是最主要的类型,它会给设备带来一系列问题,包括过热、有限的充放电循环和安全隐患。如今,前沿的研究和开发正在进行中,不仅要提高效率,还要重新设计可充电电池,同时最大限度地降低生产成本。以下是来自全球的一些关于电池的最新发展。wvx电子头条

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Grabat电池wvx电子头条

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西班牙制造商Graphenano已开始生产用于电动汽车、自行车、无人机、家电和心脏起搏器等医疗设备的石墨烯聚合物电池。这种电池被称为Grabat,它利用石墨烯和锂材料的组合来实现极高的能量密度和充电速度。在电动汽车中,一次充电可以行驶800公里(497英里)。Grabat电池采用特殊的石墨烯聚合物材料,这种材料的理论重量能量密度是标准锂离子电池的三倍。它们将锂金属阳极、石墨烯聚合物阴极、电解质和特殊分离器组合在一个轻质、免维护和环保的包装中。wvx电子头条

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Ryden双碳电池wvx电子头条

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总部位于日本的私营材料工程公司Power Japan Plus开发了一种新型Ryden双碳电池,其充电速度比锂离子电池快20倍。与锂离子电池不同,它们产生非常少的内部热量,并且可以使用现有的工艺技术制造。Ryden双碳电池包括碳制成的阳极和阴极,阳极和阴极都浸在有机电解质中。它们是环保的、可回收的锂电池替代品,其成分来自植物。它们可以达到3000次充电/放电循环。专家表示,他们希望在未来几年内能可以在特斯拉Model S等电动汽车中应用它们。wvx电子头条

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加利福尼亚大学欧文分校(UCI)的纳米线电池。图片由UCI新闻提供。wvx电子头条

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UCI的纳米线电池wvx电子头条

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美国加州大学欧文分校的研究人员开发出一种新型纳米线电池,这种电池可以在极小的损耗下充电几十万次。该研究成果已发表在ACS刊物上。wvx电子头条

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纳米线比人类的一根头发还要细几千倍(小于100纳米),由半导体材料制成,如银、金、氧化锌、硅和锗。由于其极端的脆性和在恒定充电/放电循环下的快速降解,早期尝试利用该材料的超导性和大表面积来转移和储存电子被证明是不成功的。UCI的化学家们在纳米线上涂上了一层金,将其包裹在氧化锰的外壳中,并将其放入一种类似有机玻璃的凝胶中。其结果是一种柔性纳米线材料,可以防止外部冲击。UCI的研究生研究员Mya Le Thai领导了这项研究,他在三个月内给纳米线电池充电和放电至少20万次,而且这种材料没有任何降解的迹象。wvx电子头条

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斯坦福大学的液流电池wvx电子头条

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2018年7月,由材料科学与工程助理教授William Chueh带领的斯坦福大学研究小组发现了一种基于新材料的方法,以利用特殊的流动电池储存大量间歇性能源,比如太阳能和风能。从本质上讲,液流电池是电化学电池,其通过两种化学化合物储存电荷,这两种化合物溶解在电解质中(如钒或酸性硫),并通过可选的膜分离,膜由聚合有机材料制成。斯坦福大学的新型栅极流动电池使用钠和钾的金属液态溶液,在电池的负极侧,由一层由氧化钾和氧化铝制成的薄陶瓷膜隔开(见下图)。wvx电子头条

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斯坦福大学科学家的新型液流电池设计图。图片由斯坦福新闻社提供。wvx电子头条

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该解决方案将普通的液流电池的最大电压提高了一倍。目前正在进行改进,以便在成本、尺寸、效率、使用寿命和安全性等多个指标上优化设计,团队正在尝试使用不同的膜材料来优化电池在室温下的性能。wvx电子头条

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适用于电动汽车的Innolith的100Wh/Kg电池wvx电子头条

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瑞士的一家创业公司Innolith声称已生产出世界上首款用于电动汽车的1000瓦/千克能量密度可充电电池。被称为“2170电池”的这些电池理论上将比目前的锂离子电动汽车电池容量高出四倍,并且如果该公司兑现了自己的承诺,电动汽车一次充电至少可以行驶1000小时的里程。wvx电子头条

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Innolith的2170电池是高功率密度的固态锂离子电池,其液体电解质浸没在无机物中。Innolith董事长Alan Greenshields表示,在电池中使用无机材料有助于消除火灾风险。该公司表示将通过在德国工厂的试生产将其产品推向市场,计划与主要电池和电动汽车制造商建立合作,并将在2022年前扩大到商业化生产。wvx电子头条

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俄亥俄州立大学的新型钾氧电池利用太阳能和风能等可再生能源。图片由 俄亥俄州立新闻提供。wvx电子头条

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来自俄亥俄州的钾氧电池wvx电子头条

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由化学教授Yiying Wu带领的俄亥俄州立大学的研究人员通过在阴极中使用新材料设计了一种更有效和可靠的钾—氧电池。据设计人员介绍,其目的是创造一种可靠、经济的电池,以便从风能和太阳能等可再生能源中捕获能源,用于电网或便携式电子产品。由于阳极中存在氧气,2013年首次引入的钾—氧电池在充电几次(5到10次)后就会遭受降解。大学博士Paul Gilmore开始在阳极上加入聚合物,以防止氧气侵入。结果是电池的充电能力是锂离子电池的125倍,功率密度是锂离子电池的几倍。该研究由国家科学基金会资助,目前仍在进行中。新型钾氧电池将广泛用于手机、笔记本电脑、电动汽车和电网等产品中。wvx电子头条

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