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天博官方网站|新一代电池的无限可能

本文摘要:阿比盖尔贝尔写道,新的化学物质正在竞相重新加入未来手机的电源,但锂离子电池在一段时间内不会消失。图片来源:史蒂夫兹利乌斯/UCI无论是笔记本电脑还是手机,你每天都要使用几块锂离子电池。 自20世纪90年代推出以来,这些可充电电池使我们的计算机和电子设备移动化,现在甚至汽车也是电动的。但是锂离子电池并不完美。世界锂供应有限,企业和消费者对电池安全、寿命和容量的市场需求大幅增加,电动汽车和电网储能等新电池应用也即将出现。

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阿比盖尔贝尔写道,新的化学物质正在竞相重新加入未来手机的电源,但锂离子电池在一段时间内不会消失。图片来源:史蒂夫兹利乌斯/UCI无论是笔记本电脑还是手机,你每天都要使用几块锂离子电池。

自20世纪90年代推出以来,这些可充电电池使我们的计算机和电子设备移动化,现在甚至汽车也是电动的。但是锂离子电池并不完美。世界锂供应有限,企业和消费者对电池安全、寿命和容量的市场需求大幅增加,电动汽车和电网储能等新电池应用也即将出现。

为了满足这些市场需求,新一代电池的研发将成为竞争的焦点,但他们将是什么样子,他们将比目前的电池有什么改进,仍然是未知的。能量日新月异。一个负极,一个负极和一些电解质含有最简单的电池。带负电荷的电子通过电解质从负极流向负极,构成电流。

一般来说,负极用于生产锂金属氧化物,有这种负极的称为锂离子电池。锂离子电池最常用,因为它们对能量的亲和力最低,需要放在像手机这样的小空间里。锂离子电池在静止和静止时的能量密度是传统充电电池的3倍。

大多数锂离子电池由石墨阳极和液态有机电解质组成。为了防止电池中的负极和正极再次短路,两个电极由一片薄的可渗透聚丙烯(一种塑料)隔离。如果这个屏障裂开或被腐蚀,就不会被负极识别,电池也不会在km/h的速度下痉挛,电池内还充有可燃电解液,加热时会爆炸,只有一次短路才能引起。

如果发现堵塞,液体电解质不会泄漏。改善电解质为了解决上述问题,研究人员正在寻找固体电解质作为替代品。“目前,限制在于液体电解质,”德克萨斯州大学奥斯汀分校机械工程和材料科学教授约翰班尼斯特古迪纳夫说。

他说,电解液允许电池数量和静电,以及电池速度和能量储存。新一代电池还是锂离子,但不会用于不同的电解质。

例如,他们可以用固体电解质代替液体电解质。电解质的排斥率非常高。它必须能导电,能承受高压,能长期保持电化学和热稳定性。这就是为什么开发固体电解质如此困难的原因。

去年,瑞士联邦材料科学和技术实验室的研究人员开发了一种固体电解质,其效率与一般液体电解质相当。它在室温下的电导率与液体电解质非常相似,在150下仍能保持稳定。相比之下,液体电解质在如此低的温度下通常不会有安全风险。

2016年,丰田研究人员发表了一篇论文,解释了一种可以在7分钟内完成的固态锂离子电池。锂硫电池是另一种有前途的电池,它使用不同的化学物质。理论上来说,这种电池容量相当大,使用的储硫量非常丰富。成本更低,使用寿命更长随着电动汽车和电网储能的兴起,市场对电池的需求有所下降,近年来电池成本大幅上升。

但为了让电动车价格更合理,里程更长,电池必须进一步降低生产成本,缩短使用寿命。2014年,英国庄信丰丸公司以可持续技术为重点,收购了常州的一家电池研究所,以提高汽车电池效率。该公司回应说,汽车中使用的电池的日历寿命必须迅速接近车辆的寿命,可能超过10至15年。

这意味着电池寿命仍将是客户拒绝销售电动汽车的原因。目前,大多数制造商可以确保电池寿命约为8年,或10万英里。氩国家实验室储能与材料科学领导研究中心的程磊说,锂离子电池的缺点之一是容量不会随着时间的推移而增加。

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“这是由电池、静电和电池静止时不必要的化学反应造成的。”这个问题在高温下更严重。此外,锂离子电池仍然非常便宜,因为它们用于钴和锂等金属,并且缺乏经济的再利用手段。

这是人们寻找替代化学品的另一个原因。大尺寸电池的最佳自由选择是用无序晶体结构的固体电解质代替液体电解质。古迪那夫说:“电解液是现成的,但是为它开发电池还没有获得许可协议。”除了电动汽车之外,电网储能对于大型电池也是一个越来越重要的领域。

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太阳能和风能是间歇性的能源,它们在特定时间的可再生发电不受天气影响。电池可以通过有效储存能量来帮助稳定电网。

程磊说:“在电网储能市场,硫离子电池可以降低到锂离子电池的经济替代品。”硫离子电池的工作方式与锂离子电池类似,但使用的硫供应要顺畅得多。华威大学的艾玛尼克德里克博士也对硫离子电池寄予厚望。她说:“这是锂离子电池的低成本替代品。

虽然还在方兴未艾,但这项技术可能会转移到可制造性和耐久性研究上。”程磊补充说,“液流电池也是不错的自由选择,因为它们的储能规模很容易扩大。

液流电池由两种被薄膜隔开的化合物组成。这两种化合物可以通过薄膜产生化学能,但也可以回到原来的位置给电池。”除了以上还有很多其他的自由选择。今年2月,加州大学欧文分校的科学家使用了可使用数百次的金纳米线电池,这是其他电池无法比拟的。

该团队希望有一天有必要生产电池寿命无限的电池。石墨烯将来可能会成为电池的一个组成部分。西班牙格拉巴特公司表示,其石墨烯电池可用于电动汽车行驶500英里。相比之下,特斯拉Type 3一次充电跑不了215英里。

虽然没有人能清楚地意识到新一代电池不会是什么样子,但很多人都希望解决这个问题。从液流电池到硫离子电池的许多新的免费选择还处于发展阶段,锂离子电池将会使用很长一段时间。"未来五年仍将是锂电子电池的世界."剑桥大学的刘涛博士说。

与此同时,科学家们也在寻找重复使用锂离子电池的方法。这不会增加锂铁矿对环境的影响,这也是一个昂贵的过程。


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