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电池技术未来走向!

来源:6165金沙总站-金沙澳门总站官网科技      发布时间:2016-03-11     
        在过去的23年时间里,人们并非毫无创新,全球各地的研究人员从未放弃研发新型电池技术。2014年更是取得了一系列突破,在充电效率、电池容量、发热冷却等方面,传统的锂电池也已经表现得越来越好,很多新的电池技术似乎也已经看到了商用曙光。但直到现在,电池的使用时间仍然很难让人满意,电池技术依旧是所有电子设备进化的最大瓶颈,而且从产业化的角度来看,电池技术距离革命性突破,仍有一段不小的距离。锂的原子序数是3,这意味着它有三个质子,是最轻的碱金属元素,这让它成为已知材料中最适合用来制备可移动电池正极的材料。当然,除了锂,锂电池中还包括磷酸铁、锰、石墨、钛酸盐等其他金属和非金属材料。和更早的镍电池相比,锂电池更小、更轻、能量密度更高,用了不到15年时间就替代镍电池,成为当下主流的电子设备电池技术。

        对于智能手机等小型电子设备来说,由于容量限制,发热带来的麻烦还不算大,依靠手机内部的导热设计基本能解决散热问题,但对于特斯拉电动车这种底盘铺满数千块锂电池的大家伙,就必须采取相应的冷却措施。这就是为什么几乎所有电动汽车或者混合动力汽车的锂电池组上,都附带了体积庞大的液态冷却设备,不过即便如此,某些电动车电池爆炸起火的事故还是时有出现。

       锂电池中锂离子的数量是固定的,想要更长久的电池使用时间,就必须增加电池数量,但这又意味着更重的设备、更大的发热量以及更高的过热爆炸可能性。如果想要更安全或者更便携,就必须牺牲电池数量和使用时间。

        换掉锂电池,顺着这个思路,研究人员想到的一个突破方向,就是寻找更安全、能量密度更高的材料,换掉锂电池。空气很可能会成为那个更好的选择之一,不久前,以色列一家科技公司研发出了使用铝和空气作为电极的新型电池,这种电池可以利用空气中水分子与铝产生化学反应并放电。事实上,这种金属-空气的电池技术早在上世纪60年代就已问世,它的原理是以99.9%高纯度的铝为阳极,水分子中的氧为阴极,利用水溶液作为电解质,让铝板摄取氧,完成放电过程。在整个化学过程中,最终的产物是氢氧化铝,所以这种电池技术看起来更稳定更安全,而且铝-空气电池的能量密度也大大高于等质量的锂电池,理论能量密度能达到8.1千瓦时/千克。目前特斯拉电动车所使用高能锂电池,能量密度也只有约0.3千瓦时/千克。另一个同样在电池技术领域流行的突破思路是,如果不能换掉锂电池,那就换一种充电方式。

        相比而言,替换掉锂电池的新型电池技术方案就要艰难得多。最有希望的金属-空气电池技术至今仍有很多实际的问题需要解决,比如使用过程中,需要定期往电池组里加水,而且它是不可充电电池,铝板完全氧化反应成氢氧化铝后,就必须重新更换铝板。这无疑会加大成本,阻碍金属-空气电池技术投入使用,不过好消息是研究人员正在努力延长铝板氧化反应时间、降低铝板回收利用成本,争取尽早将这项技术商业化。

         美国凯特琳大学莫特工程科学中心研究员凯文认为,即便在技术层面已经达到商业化要求,将它们制成适合各类电子设备的成品大规模应用,又会是另外一个漫长的等待过程。如果没有特殊的爆发诱因,至少最近5年,人们很难看到真正成熟的革命性电池技术。

1. 超声波充电

        uBeam超声波充电技术由25岁的天体生物学研究生Meredith Perry在偶然间发现。相对来说,这项技术更接近无线充电解决方案、而不是电池技术。不过,其优势在于一个换能器发出的超声波信号可以被多台设备接受,适合在咖啡厅、机场等公共环境使用。要使用uBeam,还需在手机上贴上传输器,也可以制作成专用外壳。据悉,uBeam将在明年年初推出一个试商用的成品。

2. 露水充电
 
        麻省理工学院的科学家们发现了一种可以从露水中获得电力的方式,不过仍处于早期研发阶段。这项技术需要在设备上集成一层经过特殊处理的金属板,通过露水在上面的跳动获取电力,每平方厘米的金属板可以产生1微瓦的电力,充满一个手机需要12小时。显然,这种技术并不适合日常充电,而是为野营、户外作业或偏远山区的居民提供一种可行的充电解决方案。

3. 高速充电技术

       StoreDot是一种高速充电技术,由特拉维夫大学的纳米技术部门研发,在演示中使用了一台三星S4手机和普通电池,实现了30秒充满电的惊人操作。这项技术的原理是在充电器中使用天然有机化合物等生物半导体材质,无需使用特制电池。据悉,StoreDot有望在2016年正式商用,价格也仅为200元人民币左右。

        另外,一个名为Shawn West的发明家,在Kickstarter众筹平台上发起了一项高速充电电池的集资活动,可以在26秒内完成充电。目前,电池种类只要为AA、A、C和D型可充电电池,未来也有可能应用在手机等领域。

4. 透明太阳能充电板

        手机厂商阿尔卡特演示了一种太阳能充电技术,在手机屏幕上集成一层透明太阳能电池板,将手机放在阳光下就可以进行充电。这项技术直到2015年才有可能正式商用,可以作为普通充电形式的一种有力补充。另外,豪雅推出的Meridiist奢华手机也采用了类似技术。

5. Aluminium-air新型汽车电池

         新型Aluminium-air电池目前已经成功让电力汽车行驶了约1770公里,似乎比特斯拉的电池技术更靠谱。这项技术采用了空气中的氧气来填补阴极,使得其比液态锂电池更轻型、更便宜,耐久力也更长,也许会对未来的汽车领域产生重大影响。

6. 尿动力电池

        由比尔·盖茨基金会支持的英国布里斯托机器人实验室,发现了一种可发电的“新型”原料,这就是尿。那么它如何工作?简单来说,就是制作一套微生物电池系统,通过分解尿液中的微生物成分产生电力。研究表示尿液的电力要比其他类型的废物强三倍左右,所以这项技术非常适合集成在公共或是家庭厕所中,可谓是相当环保的可再生能源。

7. 声动力充电

        英国的研究人员已经发明了一款可以通过环境声音获取电力的手机,其原理为压电效应,通过收取环境噪音并将其转化为电流为手机充电,似乎是一种非常便携的移动设备充电形式。

8. Ryden双碳电池

         Power Japan Plus公司宣布了一种新型的Ryden双碳电池,使用碳材质代替锂,更加环保,同时续航力为锂电池的20倍,并且更为稳定。该公司表示,今年晚些时候就会开始生产这种新型电池。

9. 更便宜的有机电池

     麻省理工学院研制出一种造价极低的有机电池,通过一种特殊的有机材质,成本仅为金属电池的二十六分之一,并且拥有97%的高存储率。

10. 硅、钠等其他元素电池

通过沙子发电也是一种新型的电池技术,主要原理在于提取其中的硅材质,运用纳米硅技术替代锂,电池寿命长达3倍,成本更低、也更加环保。除此之外,还有研究利用钠元素来进行发电,相对锂更加常见、成本低,并且拥有更好的电池寿命。



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