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科技评论:新一代电池的无限可能


 新闻归类:观点评论 |  更新时间:2018-09-13 09:33

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阿比盖尔•贝尔:新的化学物质纷纷加入未来手机和电动汽车的电源行列,但锂离子电池仍然还会存在一段时间。

不管是笔记本电脑还是手机,你每天总要用到好几个锂离子电池。自从上世纪90年代上市以来,这些可充电电池让我们的电脑和电子设备变成可移动的,如今就连汽车都电动了。

但锂离子电池并非十全十美。世界上的锂供应量是有限的,企业和消费者对电池的安全性、寿命、容量的需求不断提升,而且电动汽车和电网蓄能等新的电池用途也在迅速涌现。

为了满足这些需求,新一代电池的开发将成为竞争焦点,但它们会是什么样子、会比现在的电池有哪些改进,都还是未知数。

能源日新月异

一个负极、一个正极和一些电解质就构成了最简单的电池。带负电荷的电子通过电解质从负极流向正极,就形成了电流。

负极通常使用锂金属氧化物制造,带有这种负极的就被称为锂离子电池。锂离子电池之所以最常用,是因为它们能量容纳率最高,能够放进像你的手机这么小的空间里。在充电和放电时,锂离子电池的能量密度是传统可充电电池的3倍。

大多数锂离子电池由石墨正极和液态有机电解质构成。为了避免电池中正负极接触发生短路,两极之间以一小片薄薄的可渗透聚丙烯(一种塑料)加以阻隔。如果这一屏障裂开或蚀坏,正负电极就会接触,电池会极速发热。电池中还充满了会在发热时起火的可燃电解质,只要一次短路就能轻易将其激发。如果封堵被揭开,液态电解质还会泄漏。

改进电解质

为了解决上述问题,研究者们正在寻找固态电解质作为替代。

“目前的局限在于液态电解质,”德州大学奥斯汀分校的机械工程与材料科学教授约翰•班宁斯特•古迪纳夫如是说。

他说,电解质限制了电池充电和放电的次数,以及电池的充电速度和能量储存。

新一代电池还是锂离子的,但会使用不同的电解质。比如,它们可能会用固态电解质代替液态的。

对电解质的要求是很高的。它必须能导电、耐高压而且在长时间内保持电化学和热学上的稳定性状。这就是为什么开发固态电解质如此困难的原因。

去年,瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究者们开发出一种固态电解质,其效率可以与通常的液态电解质媲美。它在室温下的导电率与液态电解质相当,而且在150摄氏度高温之下仍能保持稳定。相比之下,液态电解质在如此高的温度下就会出现安全风险。

2016年丰田公司的研究者发表一篇论文,阐述了一种可以在短短7分钟内完成充电的固态锂离子电池。

锂硫电池是另一种很有前途的电池,使用的化学物质截然不同。从理论上说,这种电池的容量很大,且所用的硫储量丰富。

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