年終盤點 2017電池界的突破性技術匯總

2017-12-18 15:44:54 來源：騰訊數(shù)碼　點擊量：評論 (0)

　　大到自動駕駛汽車和電動平衡車，小到筆記本和智能手機，電池在各種智能設備中無處不在，它們已然成為了現(xiàn)代世界不可或缺的一部分，因此對于這個電池市場，自然是有少不了的開發(fā)者，他們總是在設想著如何創(chuàng)造

　　大到自動駕駛汽車和電動平衡車，小到筆記本和智能手機，電池在各種智能設備中無處不在，它們已然成為了現(xiàn)代世界不可或缺的一部分，因此對于這個電池市場，自然是有少不了的開發(fā)者，他們總是在設想著如何創(chuàng)造出更安全，持久，節(jié)能且充電速度快的電池，而在2017年世界上到底出現(xiàn)了哪些突破性的電池技術呢？我們在今年年終前給大家做了一份匯總。

　　畢竟安全第一，我們就先從安全因素說起，最近這段時間因為三星Galaxy Note7爆炸的新聞，鋰電池的安全問題受到了用戶們的廣泛關注，不過相對于其他，在世界各地都運用廣泛的鋰電池其實在安全方面的事故率總的說還是比較低的，但總會有各種意外情況的發(fā)生，這也證明了它們并不能帶來100%絕對的安全保障。也隨著這些事故的發(fā)生，現(xiàn)代的電池已經開始在芯片上安裝電壓追蹤，溫度追蹤等功能，這意味著如果你在使用iPhone進行充電的時候，如果溫度過高，那么手機上的警告系統(tǒng)就會自動啟動，以防止進一步的隱患。不過研發(fā)人員們仍然在尋找一種能夠讓電池永遠保持冷卻的方法，要實現(xiàn)這一目標，其中一種方法就是不再使用目前的可燃性電解質，也就是電池中那些攜帶電離子的液體，用一些不太易燃的物質取而代之。

　　早在2015年，馬里蘭大學和美國陸軍研究實驗室的科學家們就提出了一種鹽水電解質配方方案，小到起搏器大到大規(guī)模電網，都能對電池的安全問題提供很好的保障，不過雖然這項技術的設計方式能夠一定程度的減少電池起火隱患，不過它目前只能適用于最大規(guī)模3伏特的電壓，因此還無法大規(guī)模應用。這項技術也一直研發(fā)緩慢，后來研發(fā)人員們又開發(fā)了一種新的凝膠聚合物涂層來實現(xiàn)這一目標，這種涂層可以應用于電池的陽極，更好地阻止水從表面的產生，研發(fā)小組現(xiàn)在也專注于增加電池的完整性能周期，從100到500或更多使用周期，以使其具有競爭力，而直到在今年秋天，研發(fā)人員們才總算將電壓最大值提升到了4伏特，因此可以用于比如筆記本電腦等的常規(guī)應用。

　　另外一種避免火災危險的方式就是將阻燃劑集成到電池中，當電池發(fā)熱時，阻燃劑會自動釋放，就像內置了一個滅火器，這個方法這是許多研發(fā)人員一直在考慮的額問題，它們希望使用某種阻燃材料來制造隔膜分離器，不過這種方法在實驗起來經常會損害電池的完整性能，因此目前也并不可靠。在今年一月份，斯坦福大學的科學家又將電池技術推向了新的一步，他們的設計包采用了磷酸三苯酯TPP為原料的阻燃劑，將其放置于超細纖維殼的聚合物之中，當電池中的水銀遇到160攝氏度的高溫時，它們會開始融化，在升溫開始的早期階段就釋放電解液進而降低電池的燃燒可能性。研發(fā)人員也用硬幣電池對該設計方式進行了測試，他們發(fā)現(xiàn)，TPP的確能夠在燃燒發(fā)生時有效迅速的熄滅火焰，現(xiàn)在研發(fā)人員也開始將測試轉移到了更大的機械壓力上，以檢驗其抗壓能力。

　　而除了在安全方面，2017年也出現(xiàn)了許多關于提供電池充電速度的新技術誕生，如果能夠讓你的車充電6分鐘就可以續(xù)航320公里，你會更愿意購買一輛電動車嗎？相信很多人都會因此改變主意，然而充電速度提升帶來的改變遠不僅僅是在電動汽車領域內，在各種智能設備中都可以得到體現(xiàn)。今年十月，日本東芝公司宣布將推出其下一代的超級快充鋰電池SCiB0，這種新型的陽極材料被稱為鈦鈮氧化物，它能更有效地儲存鋰離子，因此能量密度增加了一倍。東芝計劃在2019將電池投入實際應用，并表示如果將其置入電動汽車，它將在六分鐘充電時間里，它能夠提供大約三倍于當前電池的電流。然而東芝也并不是首家在快速充電技術領域中掀起波瀾的電子巨頭，今年11月，三星三星高級技術研究院的研究人員報道推出了他們所說的石墨球技術。通過一種類似于爆米花的神奇材料作為陽極，在鋰離子電池中，為陰極提供保護層，通過這項技術，該研發(fā)小組稱已經能夠控制電池內發(fā)生有害的副反應，創(chuàng)造更多的電流傳輸通道。研發(fā)人員還表示，如果將這些石墨球加工成為一個全尺寸的鋰電池，他們就可以將智能手機的充電時間從一小時減少到12分鐘，更重要的是，它們還可以提高45%的電池容量，并保持穩(wěn)定的工作溫度，這涉及到電動汽車領域的時候無疑是個非常實用的屬性。

　　目前智能手機成為了現(xiàn)代社會中必備的設備，然而在電池容量方面卻往往不令人滿意，許多用戶都幾乎是一天一充電，有的甚至還是一天兩充，如果能夠大量的提升電池的容量，這相信必將會讓眾多手機用戶們心中為之振奮，也正是如此，如何最大化的擴展電池的容量，這也是眾多科學家們研發(fā)的重點。

　　萊斯大學的研究人員因此將更多的精力瞄準了一種稱為樹突的充電過程中的副產品中，這些微小的鋰纖維在電池的陽極形成，像皮疹一樣的擴散，最終很有可能會阻礙電池性能，甚至造成短路。研究小組們因此建造了一個電池原型，它使用一種石墨薄片將其生長在金屬與碳納米管結合的陽極上，這種三維碳納米管由于其密度低、表面積大，在充放電循環(huán)過程中會產生大量的空間，使顆粒在進出過程中打滑，完全阻止了樹突的生長，因此大大提升了電池的容量。

　　除此之外，石墨烯技術也是2017年來最有前途的能源技術之一，其導電性能極佳，引發(fā)了許多科學家的研究熱潮，而其中一些研究人員則想到了一種方法，就像石墨片上的碳原子在海洋中隨著環(huán)境溫度的變化起伏波動，他們利用所謂的石墨烯漣漪產生微小的能量，通過將石墨烯片懸浮在兩個堆疊的電極之間，當原子團上升并接觸上電極時，該組能夠產生正電荷，然后當它們落下并接觸下電極時產生交流電，然后使用一種叫做振動能量采集器的裝置，該研發(fā)小組還能夠利用足夠強的交流電實現(xiàn)給手表供電。從理論上說，這項技術從不需要充電，也不會損耗，因此這也大大提高了石墨烯作為無限能量解決方案的前景，不過把它植入手表和其他小型電子設備，如心臟起搏器和助聽器，目前仍然是一個挑戰(zhàn)，但研究人員正在繼續(xù)他們的實驗，爭取能夠早日進入實際應用階段。然而在大型電容量電池的實際應用上，南澳大利亞啟用了世界最大的鋰離子電池，這塊電池由特斯拉公司耗時100天安裝完成，其旨在解決一些國家最近的能源危機，能夠為超過3000家住戶提供電力。

　　最后，在環(huán)境保護方面，電池行業(yè)也取得了非常杰出的進展，日本東北大學和大阪大學的研究人員利用電子制造業(yè)的副產品——從大塊的硅片中切割出來的硅木屑，通過粉碎這其為多孔納米片和用碳將其涂覆，該團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的電池陽極種類。由此產生的鋰離子電池不僅作為再生材料，并可以達到一個恒定的電池容量，約為1200毫安時/克（每克毫安小時）使用周期超過800次，該研發(fā)小組還聲稱相比傳統(tǒng)的石墨陽極，這幾乎是它們的3.3倍。另外一方面，硅作為電池負極的能源比一個典型的石墨陽極電位存儲高達10倍以上，通過這種方式，有研發(fā)團隊能夠生產一個顯示容量約1420 mAh/g（每克毫安小時）的紐扣電池，相比典型的350 mAh/g容量的石墨陽極電池，其有明顯的改善，該研發(fā)小組也因此已經申請了環(huán)保、低成本技術的專利，除了石墨烯和硅，有悉尼大學的科學家也發(fā)現(xiàn)了一種鋅材料的空氣電池，它能夠通過在電池周圍使用空氣來驅動化學反應，也可以在鋅中加入更多的鋅來增加其能量密度，不過，這種鋅電池也有一定的弊端，因為它需要昂貴的貴金屬作為催化劑，對于節(jié)省成本來說并不現(xiàn)實。因此悉尼大學的研究小組又想到希望利用常見元素，利用鐵，鈷和鎳，不過實驗證明，還是鋅空氣電池更容易充電，在超過60次充電放電和120的充電周期測試中，它僅失去了不到10%的功效。

　　說到最后，更好的電池性能將會讓智能手機保持更持久的使用時間，讓電動汽車得到更長的續(xù)航時間，讓相機拍攝更多照片和錄像，讓無線耳機能夠釋放更長時間的音樂，讓電動自行車帶你去更遠的地方，因此其未來的發(fā)展前景是非常巨大的。

　　2017年是電池發(fā)展史上至關重要的一年，隨著各種新能源，新材料的涌現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)了提高電池性能的更多樣的可能性，但相信事情并不會因此而怠惰下來，相反，或許2018年還將在電池這領域有更大的技術突破，或許三星手機將會首次搭載上使用石墨球的電池，或許未來你乘坐的電動汽車將會不再需要插電管，總之，一切皆有可能，讓我們拭目以待。