隨著科技的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，加之新能源汽車(chē)的出現(xiàn)，人們對(duì)續(xù)航里程的關(guān)注，不得不對(duì)電源提出了很高的要求，鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模實(shí)用階段。為了開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)異的產(chǎn)品，科研人員對(duì)各種材料進(jìn)行了研究，研究成果也令人驚嘆不止。本文對(duì)最新的鋰電池研究成果進(jìn)行了總結(jié)，與大家分享。
新型柔性電池
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性超快充放電池，這種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著提升了電池的快充快放特性，同時(shí)保持了高的能量密度和循環(huán)性能。
這種新型電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)鋰離子電池的制造工序，并大幅提升了電池的快充快放能力，該新型電池具有120C（充放電時(shí)間約為30秒）的超高倍率性能，電池在獲得22634W/kg超高功率密度的同時(shí)，依然可以保持232Wh/kg的高能量密度。
該研究成果有望應(yīng)用于柔性可穿戴電子器件、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域，其一體化柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路對(duì)提升其他儲(chǔ)能器件的快充快放性能也具有指導(dǎo)意義。
鋁空氣電池
中科院寧波工業(yè)技術(shù)研究所研制出基于石墨烯空氣陰極的千瓦級(jí)鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)。該電池系統(tǒng)可同時(shí)為一臺(tái)電視機(jī)、一臺(tái)電腦、一臺(tái)電風(fēng)扇以及10個(gè)60瓦照明燈泡同時(shí)供電，初步驗(yàn)證了鋁空氣電池系統(tǒng)的發(fā)電供電能力，是新能源和新材料領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。
高級(jí)工程師薛業(yè)建介紹，以石墨烯基復(fù)合氧化物為催化劑的鋁空氣電池有很大的市場(chǎng)空間，鋁空氣電池的核心材料是摻雜石墨烯的陰極催化劑。該產(chǎn)品采用鋁板作為陽(yáng)極，插入石墨烯基復(fù)合催化劑的空氣陰極于裝有電解液的容器中，鋁與空氣發(fā)生反應(yīng)就產(chǎn)出電能。這款鋁空氣電池目前已擁有22項(xiàng)國(guó)家專利，以后將可用于電動(dòng)汽車(chē)、通訊基站等各個(gè)領(lǐng)域。如果用于新能源汽車(chē)上，可以使車(chē)身輕盈，并大大提高續(xù)航里程。如果用于手機(jī)充電寶上，則可以大大提高輸出電量。一些通訊基站如果采用這種電池，優(yōu)勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的，現(xiàn)在我國(guó)的通訊基站用的是鉛酸電池，全國(guó)的通訊基站大概需要一千萬(wàn)組鉛酸電池，每?jī)扇険Q一次，對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)更新比較困難，而鋁空氣電池有15至20年的使用壽命，可以在很大程度上解決這一難題。
據(jù)悉，鋁空氣電池日后還可用到馬燈、航空標(biāo)燈上，出海人員遇到緊急缺電時(shí)，以石墨烯基復(fù)合氧化物為催化劑的這款電池，舀點(diǎn)海水接上電線，就可以發(fā)電。這對(duì)一些驢友來(lái)說(shuō)，也可以使旅程變得更加安全。
石墨烯超級(jí)電容器
還記得全球首個(gè)利用石墨烯開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容移動(dòng)電源Zap&Go嗎？那可是真正的充電5分鐘，通話1小時(shí)啊。如今，它的開(kāi)發(fā)公司Zapgo要進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)了！于近日正式與株洲立方新能源科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱立方新能源）簽訂了合作協(xié)議，確定將共同開(kāi)發(fā)“Carbon-Ion”石墨烯超級(jí)電容器。
石墨烯于2004年問(wèn)世，是目前已知的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，是頭發(fā)絲的20萬(wàn)分之一，強(qiáng)度是鋼的200倍。被稱為“黑金”、“新材料之王”，有學(xué)者曾說(shuō)：“19世紀(jì)是鐵器的時(shí)代，20世紀(jì)是硅的時(shí)代，21世紀(jì)是碳的時(shí)代?！倍┚褪翘嫉拇聿牧?。
科學(xué)家甚至預(yù)言它將“徹底改變21世紀(jì)”，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎無(wú)所不及，包括生物醫(yī)藥領(lǐng)域、物理分離領(lǐng)域、軍事用途領(lǐng)域以及鋰電池領(lǐng)域等等。
此次Zapgo有限公司與立方新能源合作讓全球新能源產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)人士看到了新的曙光，新的未來(lái)，因?yàn)槭┒囝I(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)特性：堅(jiān)固耐磨損、良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性（充電速度會(huì)更快）、耐高溫、低溫性，據(jù)悉，石墨烯能在-30——80℃的環(huán)境下自由工作，一旦“石墨烯超級(jí)電容器”真正問(wèn)世，必將全盤(pán)顛覆新能源格局。但同時(shí)也有兩個(gè)問(wèn)題擺在眼前：首先是石墨烯成本高、可量產(chǎn)性低，石墨烯堪比黃金的價(jià)格，就算真的全部做成電極材料誰(shuí)能用的起？其次就是是否能夠提供成批穩(wěn)定性的產(chǎn)品，量產(chǎn)滿足行業(yè)需求。只要這兩大問(wèn)題解決了，新能源行業(yè)必將顛覆世人的想象。
無(wú)膜電池
美國(guó)普渡大學(xué)的科研人員開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)膜流動(dòng)電池，能實(shí)現(xiàn)快充效果。該電池利用液態(tài)電解質(zhì)作為電池液，當(dāng)電池電量耗盡時(shí)，駕駛?cè)藛T只需更換用新的的電池液就可以快速充電了。
意想不到的是，使用過(guò)的電池液可以被收集起來(lái)，批量送到發(fā)電站再次進(jìn)行充電，變成電解質(zhì)，循環(huán)利用。
無(wú)膜電池的酷不僅于此。采用這款無(wú)膜電池給汽車(chē)充電，不僅節(jié)約駕駛員的時(shí)間，而且還不需要修建大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)省公共資源又免去了電動(dòng)汽車(chē)依賴充電樁或充電站的麻煩。
無(wú)膜電池還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。車(chē)友都知道，電池膜一旦污染不僅會(huì)縮短電池壽命，而且可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，而這款電池組件就很好的避免了這個(gè)問(wèn)題，其性能穩(wěn)定，安全性高，可安裝在住宅內(nèi)。最關(guān)鍵的是，這種電池能達(dá)到生產(chǎn)和銷(xiāo)售的要求，成本不高。
對(duì)于這款未來(lái)感十足且成本不高的無(wú)膜電池，是不是有些迫不及待了，讓我們靜待其正式吧！
鋰玻璃電池
鋰玻璃電池是現(xiàn)年94歲的JohnGoodenough（德州大學(xué)奧斯汀分校的機(jī)械工程和材料科學(xué)教授）和他的工程師團(tuán)隊(duì)，在德州州立大學(xué)奧斯汀分校研發(fā)出來(lái)的。JohnGoodenough是鋰離子電池的共同發(fā)明人。
鋰玻璃電池不僅將鋰離子的能量密度翻了三倍，它還能在幾分鐘內(nèi)重新快速充電，而且可充電周期超過(guò)幾千次。
其與三元鋰電池不同的是，鋰玻璃電池在零下的極端天氣也表現(xiàn)出色，不會(huì)像三元鋰電池一樣易燃，關(guān)鍵之處就在于使用的固體玻璃電解質(zhì)，而不是鋰電池常用的液態(tài)電解質(zhì)。因?yàn)橐簯B(tài)電池充電速度過(guò)快，容易造成短路或起火，而固體的電解質(zhì)則降低了電路板短路的風(fēng)險(xiǎn)，成為更安全的選擇。
更重要的是，固體玻璃電解質(zhì)所用的材料不僅成本非常低，而且還可持續(xù)利用。其材料為廉價(jià)的鹽，而鹽可以從廣泛可得的海水中提取，這就使得鋰玻璃電池成為了一種更加環(huán)保的電池，一旦正式引入到動(dòng)力電池市場(chǎng)當(dāng)中來(lái)，將會(huì)解決動(dòng)力電池行業(yè)成本壓力過(guò)高的問(wèn)題。但這項(xiàng)新技術(shù)仍需幾年時(shí)間，才能正式引入商業(yè)市場(chǎng)。
10秒快充電池
麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)明了一項(xiàng)充電材料表面處理技術(shù)，采用新技術(shù)的鋰離子電池可在幾秒內(nèi)完成充電。
一塊鋰電池完成充電一般需要6分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間。但傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰材料在經(jīng)過(guò)表面處理生成納米級(jí)溝槽后，可將電池的充電速度提升36倍（僅為10秒）。
采用該項(xiàng)技術(shù)的鋰電池亦具有高放電速度，因此可用于油電混合汽車(chē)的加速，使油電混合汽車(chē)的速度可趕上采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)。
研究人員表示，今后采用這一技術(shù)的手機(jī)和其他小型裝置用鋰電池將可在幾秒內(nèi)完成充電。對(duì)于新興的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)來(lái)講，這意味著屆時(shí)電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)速將可以提升到與燃?xì)馄?chē)相媲美。
將這項(xiàng)充電技術(shù)用于現(xiàn)有鋰電池基材并推出產(chǎn)品需要兩年時(shí)間，在此期間可對(duì)用于電動(dòng)汽車(chē)（electriccar）的家用充電器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以使其能處理能量的快速傳送。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，車(chē)用電池在家中的充電速度不僅受到電池本身的限制也受業(yè)主家中電力情況的限制。
迄今為止的測(cè)試表明，磷酸鐵鋰材料經(jīng)納米級(jí)表面處理之后和塊體材料一樣持久耐用，可以重復(fù)充電和放電而不會(huì)因老化影響充電效果。
新型柔性電池
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性超快充放電池，這種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著提升了電池的快充快放特性，同時(shí)保持了高的能量密度和循環(huán)性能。
這種新型電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)鋰離子電池的制造工序，并大幅提升了電池的快充快放能力，該新型電池具有120C（充放電時(shí)間約為30秒）的超高倍率性能，電池在獲得22634W/kg超高功率密度的同時(shí)，依然可以保持232Wh/kg的高能量密度。
該研究成果有望應(yīng)用于柔性可穿戴電子器件、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域，其一體化柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路對(duì)提升其他儲(chǔ)能器件的快充快放性能也具有指導(dǎo)意義。
鋁空氣電池
中科院寧波工業(yè)技術(shù)研究所研制出基于石墨烯空氣陰極的千瓦級(jí)鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)。該電池系統(tǒng)可同時(shí)為一臺(tái)電視機(jī)、一臺(tái)電腦、一臺(tái)電風(fēng)扇以及10個(gè)60瓦照明燈泡同時(shí)供電，初步驗(yàn)證了鋁空氣電池系統(tǒng)的發(fā)電供電能力，是新能源和新材料領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。
高級(jí)工程師薛業(yè)建介紹，以石墨烯基復(fù)合氧化物為催化劑的鋁空氣電池有很大的市場(chǎng)空間，鋁空氣電池的核心材料是摻雜石墨烯的陰極催化劑。該產(chǎn)品采用鋁板作為陽(yáng)極，插入石墨烯基復(fù)合催化劑的空氣陰極于裝有電解液的容器中，鋁與空氣發(fā)生反應(yīng)就產(chǎn)出電能。這款鋁空氣電池目前已擁有22項(xiàng)國(guó)家專利，以后將可用于電動(dòng)汽車(chē)、通訊基站等各個(gè)領(lǐng)域。如果用于新能源汽車(chē)上，可以使車(chē)身輕盈，并大大提高續(xù)航里程。如果用于手機(jī)充電寶上，則可以大大提高輸出電量。一些通訊基站如果采用這種電池，優(yōu)勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的，現(xiàn)在我國(guó)的通訊基站用的是鉛酸電池，全國(guó)的通訊基站大概需要一千萬(wàn)組鉛酸電池，每?jī)扇険Q一次，對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)更新比較困難，而鋁空氣電池有15至20年的使用壽命，可以在很大程度上解決這一難題。
據(jù)悉，鋁空氣電池日后還可用到馬燈、航空標(biāo)燈上，出海人員遇到緊急缺電時(shí)，以石墨烯基復(fù)合氧化物為催化劑的這款電池，舀點(diǎn)海水接上電線，就可以發(fā)電。這對(duì)一些驢友來(lái)說(shuō)，也可以使旅程變得更加安全。
石墨烯超級(jí)電容器
還記得全球首個(gè)利用石墨烯開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容移動(dòng)電源Zap&Go嗎？那可是真正的充電5分鐘，通話1小時(shí)啊。如今，它的開(kāi)發(fā)公司Zapgo要進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)了！于近日正式與株洲立方新能源科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱立方新能源）簽訂了合作協(xié)議，確定將共同開(kāi)發(fā)“Carbon-Ion”石墨烯超級(jí)電容器。
石墨烯于2004年問(wèn)世，是目前已知的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，是頭發(fā)絲的20萬(wàn)分之一，強(qiáng)度是鋼的200倍。被稱為“黑金”、“新材料之王”，有學(xué)者曾說(shuō)：“19世紀(jì)是鐵器的時(shí)代，20世紀(jì)是硅的時(shí)代，21世紀(jì)是碳的時(shí)代?！倍┚褪翘嫉拇聿牧?。
科學(xué)家甚至預(yù)言它將“徹底改變21世紀(jì)”，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎無(wú)所不及，包括生物醫(yī)藥領(lǐng)域、物理分離領(lǐng)域、軍事用途領(lǐng)域以及鋰電池領(lǐng)域等等。
此次Zapgo有限公司與立方新能源合作讓全球新能源產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)人士看到了新的曙光，新的未來(lái)，因?yàn)槭┒囝I(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)特性：堅(jiān)固耐磨損、良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性（充電速度會(huì)更快）、耐高溫、低溫性，據(jù)悉，石墨烯能在-30——80℃的環(huán)境下自由工作，一旦“石墨烯超級(jí)電容器”真正問(wèn)世，必將全盤(pán)顛覆新能源格局。但同時(shí)也有兩個(gè)問(wèn)題擺在眼前：首先是石墨烯成本高、可量產(chǎn)性低，石墨烯堪比黃金的價(jià)格，就算真的全部做成電極材料誰(shuí)能用的起？其次就是是否能夠提供成批穩(wěn)定性的產(chǎn)品，量產(chǎn)滿足行業(yè)需求。只要這兩大問(wèn)題解決了，新能源行業(yè)必將顛覆世人的想象。
無(wú)膜電池
美國(guó)普渡大學(xué)的科研人員開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)膜流動(dòng)電池，能實(shí)現(xiàn)快充效果。該電池利用液態(tài)電解質(zhì)作為電池液，當(dāng)電池電量耗盡時(shí)，駕駛?cè)藛T只需更換用新的的電池液就可以快速充電了。
意想不到的是，使用過(guò)的電池液可以被收集起來(lái)，批量送到發(fā)電站再次進(jìn)行充電，變成電解質(zhì)，循環(huán)利用。
無(wú)膜電池的酷不僅于此。采用這款無(wú)膜電池給汽車(chē)充電，不僅節(jié)約駕駛員的時(shí)間，而且還不需要修建大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)省公共資源又免去了電動(dòng)汽車(chē)依賴充電樁或充電站的麻煩。
無(wú)膜電池還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。車(chē)友都知道，電池膜一旦污染不僅會(huì)縮短電池壽命，而且可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，而這款電池組件就很好的避免了這個(gè)問(wèn)題，其性能穩(wěn)定，安全性高，可安裝在住宅內(nèi)。最關(guān)鍵的是，這種電池能達(dá)到生產(chǎn)和銷(xiāo)售的要求，成本不高。
對(duì)于這款未來(lái)感十足且成本不高的無(wú)膜電池，是不是有些迫不及待了，讓我們靜待其正式吧！
鋰玻璃電池
鋰玻璃電池是現(xiàn)年94歲的JohnGoodenough（德州大學(xué)奧斯汀分校的機(jī)械工程和材料科學(xué)教授）和他的工程師團(tuán)隊(duì)，在德州州立大學(xué)奧斯汀分校研發(fā)出來(lái)的。JohnGoodenough是鋰離子電池的共同發(fā)明人。
鋰玻璃電池不僅將鋰離子的能量密度翻了三倍，它還能在幾分鐘內(nèi)重新快速充電，而且可充電周期超過(guò)幾千次。
其與三元鋰電池不同的是，鋰玻璃電池在零下的極端天氣也表現(xiàn)出色，不會(huì)像三元鋰電池一樣易燃，關(guān)鍵之處就在于使用的固體玻璃電解質(zhì)，而不是鋰電池常用的液態(tài)電解質(zhì)。因?yàn)橐簯B(tài)電池充電速度過(guò)快，容易造成短路或起火，而固體的電解質(zhì)則降低了電路板短路的風(fēng)險(xiǎn)，成為更安全的選擇。
更重要的是，固體玻璃電解質(zhì)所用的材料不僅成本非常低，而且還可持續(xù)利用。其材料為廉價(jià)的鹽，而鹽可以從廣泛可得的海水中提取，這就使得鋰玻璃電池成為了一種更加環(huán)保的電池，一旦正式引入到動(dòng)力電池市場(chǎng)當(dāng)中來(lái)，將會(huì)解決動(dòng)力電池行業(yè)成本壓力過(guò)高的問(wèn)題。但這項(xiàng)新技術(shù)仍需幾年時(shí)間，才能正式引入商業(yè)市場(chǎng)。
10秒快充電池
麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)明了一項(xiàng)充電材料表面處理技術(shù)，采用新技術(shù)的鋰離子電池可在幾秒內(nèi)完成充電。
一塊鋰電池完成充電一般需要6分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間。但傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰材料在經(jīng)過(guò)表面處理生成納米級(jí)溝槽后，可將電池的充電速度提升36倍（僅為10秒）。
采用該項(xiàng)技術(shù)的鋰電池亦具有高放電速度，因此可用于油電混合汽車(chē)的加速，使油電混合汽車(chē)的速度可趕上采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)。
研究人員表示，今后采用這一技術(shù)的手機(jī)和其他小型裝置用鋰電池將可在幾秒內(nèi)完成充電。對(duì)于新興的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)來(lái)講，這意味著屆時(shí)電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)速將可以提升到與燃?xì)馄?chē)相媲美。
將這項(xiàng)充電技術(shù)用于現(xiàn)有鋰電池基材并推出產(chǎn)品需要兩年時(shí)間，在此期間可對(duì)用于電動(dòng)汽車(chē)（electriccar）的家用充電器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以使其能處理能量的快速傳送。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，車(chē)用電池在家中的充電速度不僅受到電池本身的限制也受業(yè)主家中電力情況的限制。
迄今為止的測(cè)試表明，磷酸鐵鋰材料經(jīng)納米級(jí)表面處理之后和塊體材料一樣持久耐用，可以重復(fù)充電和放電而不會(huì)因老化影響充電效果。
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