鉅大LARGE | 點擊量：7638次 | 2021年11月26日
超級電池/石墨烯電池還不是最牛的，盤點12種新型電池技術(shù)
電池是將化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)的能量直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝作。具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長時間穩(wěn)定供電，受外界影響很小，并且結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，性能穩(wěn)定可靠的特點，給現(xiàn)代社會生活帶來很多便利。
1800年，意大利科學(xué)家伏打（Volta）將不同的金屬與電解液接觸做成Volta堆，被認(rèn)為是人類歷史上第一套電源裝置。人類先后發(fā)明了鉛酸蓄電池、以NH4Cl為電解液的鋅—二氧化錳干電池、鎘-鎳電池、鐵-鎳蓄、堿性鋅錳電池和鋰離子電池等。
隨著三星Note7爆炸的話題不斷發(fā)酵，電池這一曾經(jīng)的幕后功臣又重新成了我們關(guān)注的焦點。不免讓許多人擔(dān)心，我們是不是要與性能接近極限的鋰離子電池為伍很久很久？答案當(dāng)然是否定的。其實我們還有很多新型電池正在蓄勢待發(fā)打破格局。下面我們就來共同盤點一下新型電池技術(shù)。
1、國產(chǎn)超級電池亮相
近日，極致動力科技（天津）有限公司展示了一種續(xù)航與充電能力都堪稱“恐怖”的超級電池，充滿一次電僅需3-5分鐘。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從配圖中我們看到，電池采用圓柱形設(shè)計，整齊的拍成一排，這種設(shè)計保證了每一顆電池中間都留有縫隙，便于散熱。
極致動力董事長魏喆介紹說，這種超級電池重要應(yīng)用在大巴車以及碼頭吊取集裝箱的吊車上，一輛電動大巴車要297顆電池。
他表示，“我們這種電池屬于鎳氫電池，雖然在體積和重量上做不到鋰離子電池那么輕薄，但是在安全性和充電能力方面，絕對要大大優(yōu)于鋰離子電池。”
據(jù)了解，在常溫20-40℃的情況下，超級電池充電一次只要3-5分鐘，壽命為5-8年。在油電混合大巴車上時，每當(dāng)車輛剎車，超級電池可以回收能源，也就是可以自動完成充電。據(jù)估算，使用超級電池后，一輛油電混合大巴車的節(jié)油率可以達(dá)到40%左右。
此外，電池安全性也比鋰離子電池更好，超級電池已經(jīng)經(jīng)過針刺、擠壓、高溫、墜落等一系列實驗，不會像鋰離子電池那樣容易爆炸。
2、本田商用鎂電池來了
近日，本田汽車與一支研發(fā)團(tuán)隊攜手合作，開發(fā)出世界上第一塊可以實際應(yīng)用的鎂充電電池。據(jù)了解，鎂的成本比鋰低了96%，除此之外，續(xù)航時間更長，日本媒體報道稱，新電池可能會成為顛覆性產(chǎn)品，安裝新電池之后，智能手機(jī)及其它設(shè)備充電一次可以續(xù)航更長時間。
據(jù)報道，領(lǐng)導(dǎo)此次研發(fā)活動的是日本埼玉縣工業(yè)技術(shù)中心（SaitamaIndustrialTechnologyCenter，簡稱Saitec），本田研發(fā)團(tuán)隊在和光市評估了電池的可行性。開發(fā)者預(yù)計鎂電池最開始時會在智能手機(jī)、其它便攜設(shè)備中商用。鎂電池開發(fā)者希望能在2018年之前銷售產(chǎn)品。本田汽車和Saitec團(tuán)隊將會在下個月的千葉（靠近日本東京）科學(xué)會議上展示電池。
據(jù)了解，研究人員鎂用在可充電電池遇到了同樣的困難，在充電放電、放電充電的過程中，鎂的充電性能會快速退化，基于此，研究人員開發(fā)了一種新材料氧化釩，將它涂在正極，這樣一來，離子在氧化釩和鎂負(fù)極之間流動就會更容易一些。氧化釩可以新增鎂的充電次數(shù)，防止衰退。為了提高安全性，研究人員添加了一種有機(jī)物質(zhì)，它可以降低鎂電池起火的風(fēng)險。
3、鋰硫電池
近日，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所宣布，其與筑波大學(xué)共同開發(fā)出了一種鋰硫電池，通過采用金屬有機(jī)骨架作為電池隔膜，實現(xiàn)了長期穩(wěn)定的充放電循環(huán)特性。據(jù)介紹，在1C的電流密度（恒流放電1小時后結(jié)束放電時的電流值）下進(jìn)行1500次循環(huán)測試之后，這種鋰硫電池仍可保持高達(dá)900mAh/g的充電容量。
采用硫作為鋰離子電池正極的鋰硫電池具有正極容量高（理論值為1675mAh/g）的特點，作為新一代蓄電池備受期待。在2008年太陽能飛機(jī)首航時，就使用了鋰硫電池，白天時，太陽能飛機(jī)上的光伏發(fā)電板僅為飛行供應(yīng)能力，而且為其鋰硫電池充電，以維持晚上飛行所需的動力。
4、固態(tài)鋰離子電池
固態(tài)鋰離子電池與普通鋰離子電池的重要差別在于它將傳統(tǒng)的有機(jī)電解液替換成固態(tài)電解質(zhì)。采用有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰離子充電電池，因有過度充電、內(nèi)部短路等異常時可能導(dǎo)致電解液發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險。采用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池，不僅在安全性上大大提高，在使用壽命和能量密度上都有了很大的改善。
由于固態(tài)鋰離子電池內(nèi)部不含液體，消除了任何液體泄漏的問題，在體積和重量上較之傳統(tǒng)鋰離子電池也有所降低，同時適應(yīng)能力更強，這些優(yōu)勢十分有利于固態(tài)鋰離子電池在儲能和新能源汽車領(lǐng)域上展開應(yīng)用。目前科研界以及工業(yè)界都在研發(fā)以及生產(chǎn)固態(tài)鋰離子電池，并將其視為最有潛力的新一代電池產(chǎn)品。
5、新型液流電池
相比常規(guī)使用的充電電池，液流電池的規(guī)模更大一些，這是因為液流電池的形式和功能不同于常見的鋰離子電池。在液流電池單元中，液態(tài)電解質(zhì)在兩個容器箱體中循環(huán)流動，而兩個箱體通過一個薄膜進(jìn)行分離。離子穿越薄膜就實現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移，整個過程與氫燃料動力鋰電池的發(fā)電原理類似。液流電池組較鋰離子電池有更高的安全性，即便放置很長一段時間，電能也不會出現(xiàn)流失，因此很適合用來儲存太陽能、風(fēng)能等可再生能源。
美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的研究人員使用低成本及可持續(xù)的合成分子開發(fā)了一種全新的有機(jī)液流電池，其生產(chǎn)成本比常見的全釩液流電池成本降低了60%左右，這也使新型液流電池在儲能領(lǐng)域里的占有巨大的優(yōu)勢。
6、液態(tài)金屬電池
液態(tài)金屬電池是通過液態(tài)金屬的氧化還原反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。金屬呈液態(tài)是該電池的特點，利用液體的流動性，液態(tài)金屬電池具有高倍率充放電性能及電池系統(tǒng)的可放大性，這也使得液態(tài)金屬電池能滿足能量型和功率型雙重應(yīng)用，在大規(guī)模儲能中有著廣闊的應(yīng)用前景。
來自麻省理工學(xué)院的一組研究人員就開發(fā)出了一種新型全液態(tài)金屬電池系統(tǒng)，這種系統(tǒng)造價便宜，且使用壽命較長。據(jù)研究團(tuán)隊稱，此裝置可讓風(fēng)能和太陽能這些可再生能源具備與傳統(tǒng)能源相競爭的能力。
7、葉片綠色電池
馬里蘭大學(xué)的一隊研究者最近開發(fā)了一款廉價的新材料，該材料將在新一代電池上充當(dāng)負(fù)極。在實驗中該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，橡樹葉被加熱到1000攝氏度后，其碳基結(jié)構(gòu)會被瓦解，隨后所剩物質(zhì)中就可容納電解質(zhì)。眼下，該團(tuán)隊還在對其他自然材料進(jìn)行測試，包括泥炭土和香蕉皮等。
8、快充石墨烯電池
眾所周知，電池的壽命會隨著充放電次數(shù)的新增而逐漸縮短，而澳大利亞斯威本科技大學(xué)的研發(fā)人員就在試圖解決這一問題。他們開發(fā)出了新型石墨烯電池，這款電池不但擁有超強的快充能力（幾秒鐘），而且其耐用性也不一般，研發(fā)人員開出的使用期限為一輩子。石墨烯材料的運用克服了傳統(tǒng)電池所有的缺點，同時這款產(chǎn)品也非常環(huán)保，而且造價便宜。
9、用糖做的電池
弗吉尼亞理工學(xué)院的團(tuán)隊開發(fā)了一款用糖做的電池，其優(yōu)點是超強的續(xù)航能力。研究人員從糖中分離除了麥芽糖精，而它就是這款新型電池的能量來源。麥芽糖精與空氣接觸后，電池就會釋放電子來發(fā)電。由于糖便宜且存量大，所以此款新電池成本較低，最重要的是它擁有可降解的特性。
10、充不壞的納米線電池
這款電池完全是加州大學(xué)的研發(fā)人員在無意中發(fā)現(xiàn)的，它讓傳統(tǒng)的鋰離子電池變得一無是處。研發(fā)人員用黃金制作了納米線，隨后將其與新材料相結(jié)合，這對組合讓電池的充放次數(shù)大幅提高，同時電池性能也不會隨充電次數(shù)新增而衰減。
11、自毀電池
自毀電池面向的并不是大眾市場，但在特殊領(lǐng)域它卻能大顯身手，而且它也克服了此前一次性電池污染環(huán)境的問題。這款電池由愛荷華州立大學(xué)開發(fā)，重要用于用途，用光、熱或者液體都能將其引爆。此外，引爆后即使進(jìn)入了水中，也不會對水體造成污染。
12、可食用的鹽水電池
這款電池可是將環(huán)保的概念發(fā)揮到了極致，為了為自家電池正名，AquionEnergy的威特克里居然真的啃掉一塊電池吃了下去（肯定不怎么好吃）。這款電池的部件都由生物衍生材料制成，在變身電池前它們可能是塵土、棉花、碳或鹽水。不過，這款電池可不是給移動設(shè)備準(zhǔn)備的，它要做“大事業(yè)”，比如做家庭或公司的備用電源，而為其供應(yīng)電能的則是環(huán)保的風(fēng)能或太陽能。
小結(jié)
由于鋰離子電池在效用上也存在著較大的限制瓶頸，比如在能量密度、安全以及成本等方面。相信隨著新技術(shù)的發(fā)展，未來新型電池將會不斷與鋰離子電池爭奪市場。當(dāng)然，新舊電池的市場爭奪戰(zhàn)可能還要一段時間，但未來，新電池技術(shù)將以更低的成本帶來更安全的使用體驗。
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