中電微博：2014年度鋰電池十大前沿技術(shù)大觀
今年新能源汽車概念大熱，新能源汽車的發(fā)展呈爆發(fā)態(tài)勢;另外，消費(fèi)電子領(lǐng)域軟、硬件技術(shù)進(jìn)步卻乏善可陳，行業(yè)競爭明年或?qū)㈤_始轉(zhuǎn)向電池續(xù)航的比拼上來。新能源汽車、消費(fèi)電子兩者都期待鋰電池有革命性的改變，以此提升相應(yīng)產(chǎn)品的續(xù)航能力。因此，2014年鋰電池技術(shù)受終端市場催熱進(jìn)步不斷，你都知道哪些呢?下面小編為大家盤點(diǎn)2014年度鋰電池十大前沿技術(shù)，回顧今年鋰電池行業(yè)取得的新技術(shù)成果。
1.特斯拉充電新解?新加坡發(fā)明新型快速充電電池壽命20年
10月14日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，南洋理工大學(xué)的研究人員最近發(fā)明了一種新型的快速充電電池，使用壽命長達(dá)20年。
如今支持快速充電的電池在我們的生活中扮演著越來越重要的角色，在方便快捷的為各種設(shè)備提供能量的同時(shí)，其使用壽命卻常常成為被人們詬病的一個(gè)短板：“什么總是要換電池?”對這一問題南洋理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型的鋰電池，這種電池可以在2分鐘之內(nèi)充電至最大容量的70%，并且可以服役長達(dá)20年，數(shù)倍于現(xiàn)在各種設(shè)備中的充電電池壽命。這種電池的創(chuàng)新在于使用二氧化鈦納米管而不是傳統(tǒng)的石墨材料作為電池的陰極，兩種材料都可以加速電池中的化學(xué)反應(yīng)提供電能，不同的是前者可以反復(fù)使用1000次而后者的壽命只有500次。
這種新型電池尚沒有投入大規(guī)模生產(chǎn)和走向市場的明確時(shí)間表，但它所使用的鈦納米管是一種易于加工的且成本相對較低的原料，所以前景十分光明。顯而易見這種新型電池的推廣將極大的改變整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)界。拋開一些天馬行空的創(chuàng)意不談，即使從最基本的層面來看，它也將延長很多設(shè)備的服役時(shí)間，特別是那些不可更換電池的設(shè)備，現(xiàn)在用戶常常不得不因?yàn)闊o法繼續(xù)充電而不是其他功能的損壞而放棄他們，今后這樣的事情也許永遠(yuǎn)不會(huì)再發(fā)生。而這種電池最深遠(yuǎn)的影響也許將會(huì)在汽車產(chǎn)業(yè)，想象一下你可以用幾分鐘而不是幾個(gè)小時(shí)給一輛特斯拉充滿電，而且可以一直開到車被淘汰都不需要更換電池的情景。
點(diǎn)評：新納米材料替代傳統(tǒng)材料，在很多很多領(lǐng)域已收到意想不到的效果。同樣以二氧化鈦納米管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨材料作為電池的陰極，帶來的是鋰電池性能的躍升，涉及了目前最受關(guān)注的兩方面：快速充電和超長壽命。而這兩個(gè)方面曾被業(yè)界認(rèn)為是不可調(diào)和的矛盾，快充會(huì)導(dǎo)致電池壽命的降低，而要延長電池壽命就不能使用快充。而南洋理工大學(xué)研究人員發(fā)明的以二氧化鈦納米管為負(fù)極材料的新型的快速充電電池，使用壽命長達(dá)20年。這無疑為鋰電池業(yè)界帶來了好消息，無論是用在消費(fèi)電子領(lǐng)域還是電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能這種新型電池將改變相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用推廣遲緩的現(xiàn)狀。就拿電動(dòng)汽車目前特斯拉的電池質(zhì)保8年，如果這種新型電池得到應(yīng)用的話，特斯拉恐怕要把電池的質(zhì)保修改到和整車一樣的年限了;另一個(gè)令人興奮的是快速充電狀態(tài)下保持20年的壽命，這解放了哪些每次快速充電都提心吊膽的車主們，新型電池的大規(guī)模應(yīng)用值得期待!
2.智能鋰電池會(huì)說話電池起火不再怕
如果有一天，你的智能設(shè)備推送了一條緊急消息提示你："主人注意，電池有爆炸危險(xiǎn)!"這也許能減少不少鋰電池爆炸所產(chǎn)生的危害。
斯坦福大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功研制出了一種智能鋰電池，它可以監(jiān)測自身內(nèi)部是否短路，從而趕在電池過熱爆裂起火前，通過智能設(shè)備向主人發(fā)出警告。
這項(xiàng)新技術(shù)可能造福于全世界數(shù)以億計(jì)的設(shè)備，包括手機(jī)、個(gè)人電腦和其他種種電子產(chǎn)品，甚至正在發(fā)展中的汽車與航空鋰電池。
研究論文于今年10月發(fā)表在《自然》上。論文通訊作者、斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授崔屹(YiCui)表示："我們的目標(biāo)是創(chuàng)立一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，它能夠拯救生命，保障財(cái)產(chǎn)安全。這項(xiàng)技術(shù)可以檢測到電池正常使用過程中可能遇到的問題，但并不適用于意外碰撞或者其他的事故損壞。"
點(diǎn)評：鋰電池在未來幾年將會(huì)得到超大規(guī)模的應(yīng)用，這已毋庸置疑，然而鋰電池爆炸起火問題近年來愈演愈烈，這個(gè)問題日益凸顯。崔屹教授發(fā)明的智能鋰電池提前預(yù)警爆炸危險(xiǎn)，很多情況下可以有效地避免因電池起火爆炸引起的事故，這將造福很多人。用在手機(jī)及汽車上的鋰電池如果可以這樣智能的話，很大程度上解決了用戶的顧慮，這為鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用提供了更安全的方案。
3.石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室成功打印出3D打印電池
日前，石墨烯(Graphene)3D實(shí)驗(yàn)室對外宣布其利用3D打印技術(shù)成功打印出3D打印電池，該電池作為結(jié)構(gòu)性多功能電池，其有著巨大的應(yīng)用潛能。其中，Graphene3D實(shí)驗(yàn)室是一家集研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售于一體的3D打印公司，其產(chǎn)品主要采用的是Graphene自主研發(fā)的納米復(fù)合材料，同時(shí)其產(chǎn)品種類也非常豐富。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室所采用的3D打印技術(shù)主要包括熔絲制造技術(shù)，通過利用該技術(shù)其成功研發(fā)打印出了一種石墨烯電池。
Graphene3D實(shí)驗(yàn)室通過將石墨烯納米薄片與熔絲制造的熱塑性塑料相融合，從而最終形成了具有良好導(dǎo)電性能的3D打印絲極。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室表示，目前3D打印技術(shù)一般需要對電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印，例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。而一臺可以進(jìn)行多種材料同時(shí)打印的3D打印機(jī)可以大大簡化電池的3D打印過程，在一次打印過程中就可以完成整個(gè)電池的打印工作。
以上多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，其中就包括沃爾沃汽車公司、美國高級研究計(jì)劃局-能源部等。同時(shí)，美國高級研究計(jì)劃局-能源部還耗資875萬美元分別獎(jiǎng)勵(lì)了4個(gè)相關(guān)的3D打印研究項(xiàng)目。此外，以上多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲(chǔ)方案。該多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目被稱之為"RANGE"項(xiàng)目。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)就以上3D打印電池所涉及到的新材料創(chuàng)新和新方法向美國專利局和商標(biāo)局提交了臨時(shí)的專利申請。
點(diǎn)評：3D打印+石墨烯=新型電池，這個(gè)方程式包括了如今最受熱捧的兩個(gè)概念，即3D打印和石墨烯。陰極、陽極以及電解質(zhì)多種材料同時(shí)打印，很好的壓縮了整個(gè)工序，再加上石墨烯超級材料的特性，提高電池能量密度的同時(shí)有利于大規(guī)模生產(chǎn)，給電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的希望。3D打印石墨烯電池?zé)o疑是2014年鋰電池業(yè)界最耀眼的技術(shù)進(jìn)步。
4.石墨烯+硅材料鋰電池充電速度快16倍
加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。
由于鋰電池被廣泛應(yīng)用，人們也對之進(jìn)行大量的研究改善它們的性能。尋找"完美"的電極材料的研究從未停止過。在商用領(lǐng)域目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達(dá)到1000mAh/g比容量。而更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硅是更好的電池陽極材料。因?yàn)樗邆?200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽極并不能在現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)內(nèi)正常工作。由于硅和鋰會(huì)在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，它會(huì)膨脹到4倍正常的大小。
現(xiàn)在，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的架構(gòu)來將硅應(yīng)用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時(shí)能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構(gòu)建了一層石墨烯薄片，并在此基礎(chǔ)上使用柱狀碳納米管構(gòu)建了柱狀的納米結(jié)構(gòu)。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結(jié)構(gòu)，最后他們將非晶硅沉積在上面。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的陽極的鋰離子電池在快速充放電循環(huán)中也表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，陽極能達(dá)到1954mAh/g(是傳統(tǒng)陽極的五倍性能)。在230次充放電循環(huán)后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術(shù)如果能夠批量生產(chǎn)，相信對智能手機(jī)和電動(dòng)汽車行業(yè)的影響都十分巨大。
點(diǎn)評：提高電池的能量密度，實(shí)現(xiàn)閃充始終是鋰電池研究的熱門，相比于3D打印石墨烯電池來說，這種石墨烯加硅材料的電池還是處于研發(fā)階段，不過還是從其優(yōu)越的性能表現(xiàn)可以看出該技術(shù)的廣闊的應(yīng)用前景，充電速度快16倍、性能提升10倍以上，這真是值得令人尖叫的技術(shù)，拭目以待該技術(shù)的商用。這項(xiàng)技術(shù)算是在電極材料方面取得的最新進(jìn)展，那么眾所周知鋰電池電解液也是電池的重要組成部分，這方面今年有什么新進(jìn)展呢?
5.日本東京大學(xué)開發(fā)出了新一代鋰離子電池極“電解液”
據(jù)日本媒體報(bào)道，以東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授山田淳夫與助教山田裕貴為核心組成的研發(fā)小組，發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池可實(shí)現(xiàn)多種電解液的設(shè)計(jì)新方向。該研發(fā)小組開發(fā)出了極"濃電解液"，決定充電速度的Li+濃度達(dá)到以往電解液的4倍以上。該研究顛覆了"電解液溶劑只能使用碳酸乙烯酯(EC)"這一鋰離子電池誕生20多年來，技術(shù)人員一直深信不疑的定論。
據(jù)報(bào)道，東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液具備所有溶劑都與Li+進(jìn)行配位的特殊構(gòu)造。另外，Li+與陰離子連續(xù)結(jié)合的特點(diǎn)也不同于以碳酸乙烯酯(EC)為溶劑的普通低濃度電解液。普通電解液的Li+濃度為1mol/L左右，此時(shí)離子導(dǎo)電度最大。這種濃度必需使用EC溶劑。如果使用EC以外的溶劑，電極會(huì)嚴(yán)重劣化。因?yàn)閷τ谑葘訝钬?fù)極，溶劑是在被Li+溶劑化的情況下進(jìn)入(共合體)層間，電解液會(huì)繼續(xù)發(fā)生還原分解。基于這種定論，Li+的高濃度化以及EC以外的溶劑的探討變成了電池研究人員之間的盲點(diǎn)。
山田等人的研發(fā)小組著眼于這一盲點(diǎn)，向此前基本沒考慮過的電解液高濃度化發(fā)起了挑戰(zhàn)。高濃度電解液的離子載體密度非常高，有助于提高界面反應(yīng)頻率，因此可實(shí)現(xiàn)時(shí)間不到以往1/3的快速充電。而且，選擇的鹽和溶劑的不同組合，還能表現(xiàn)出不同的特性。在對各種溶劑進(jìn)行調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，除了通過提高濃度抑制共合體之外，很多溶劑還觀測到了還原穩(wěn)定化。無需使用之前必不可少的EC溶劑，在以前屬于實(shí)用電解液討論范圍之外的乙醚系、亞砜系、砜系、腈系等多種有機(jī)溶劑中均發(fā)現(xiàn)石墨負(fù)極和鋰金屬負(fù)極會(huì)可逆動(dòng)作。
點(diǎn)評：相比于上節(jié)電極材料方面的飛躍式的進(jìn)展，東京大學(xué)的極"濃電解液"表現(xiàn)稍微遜色，不過打破了鋰離子電池誕生以來技術(shù)人員深信不疑的定論，從這一點(diǎn)上來說，入選今年鋰電池十大技術(shù)進(jìn)步就當(dāng)之無愧了。大家要知道，找到合適的電極算是構(gòu)建了供鋰離子來回穿梭的樓層，而這種極濃電解液就是那個(gè)保證更多的鋰離子們暢游無阻的船只。東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液什么時(shí)候能走出實(shí)驗(yàn)室還是有待觀察的，不過技術(shù)的進(jìn)展總還是能給人帶來鼓舞的。電極呀，電解液都是老生常談的話題了，而在這些慢慢變老的話題里，竟然還有新發(fā)現(xiàn)。
6.麻省理工宣布磷酸鐵鋰電池內(nèi)部有新發(fā)現(xiàn)
美國麻省理工學(xué)院的研究人員最近宣布對長循環(huán)壽命和高功率磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池有了新的發(fā)現(xiàn)。
麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員發(fā)現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池電極內(nèi)部在充電過程中，固溶體區(qū)(SSZ)是在富鋰和貧鋰之間的邊界形成的，這一區(qū)域充電活動(dòng)更集中，因?yàn)殇囯x子從電極中被釋放出來。
這一發(fā)現(xiàn)將幫助研究人員和制造商制造性能更好的電池，因?yàn)橛纱丝梢愿玫乩斫怆姌O材料動(dòng)態(tài)過程并進(jìn)一步優(yōu)化。
磷酸鐵鋰(LFP)電極充電或放電過程圖。由于鋰離子在充電過程中被分離，形成一個(gè)貧鋰磷酸鐵(FP)區(qū)域，但在兩者之間有一個(gè)固溶體區(qū)域(SSZ，暗藍(lán)綠色)，這一區(qū)域包含有一些隨機(jī)分布的鋰原子，不同于鋰原子的原始結(jié)晶材料(淡藍(lán)色)中的有序數(shù)組。
上述發(fā)現(xiàn)有助于解決有關(guān)磷酸鐵鋰電池的一個(gè)長期難題：在大塊晶體形式下，磷酸鐵鋰和磷酸鐵(FePO4是充電過程分離出來的)的離子導(dǎo)電性較差。然而，當(dāng)進(jìn)行摻雜和碳包覆優(yōu)化，并在電池中使用納米顆粒后，這種材料表現(xiàn)出非常高的充電速率。
固溶體區(qū)類似一個(gè)"亞"狀態(tài)，在室溫下能夠至少持續(xù)幾分鐘，取代LiFePO4和的FePO4之間的明銳界面，明銳界面已被證明含有許多額外線缺陷，被稱為"錯(cuò)位"，固溶體區(qū)就像一個(gè)緩沖區(qū)，減少"錯(cuò)位"數(shù)量，阻止其伴隨電化學(xué)反應(yīng)向前方移動(dòng)。
點(diǎn)評：今年隨著新能源汽車的起飛，三元材料、磷酸鐵鋰電池也被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的，圍繞這些技術(shù)路線展開的紛爭不斷，但是卻鮮有新意，大多還是停留在前幾年的技術(shù)進(jìn)展里討論。關(guān)注磷酸鐵鋰電池的朋友或許知道磷酸鐵鋰電池的導(dǎo)電性不好、電阻大等屢被三元材料的擁躉者嘲笑，不過MIT的研究人員新的發(fā)現(xiàn)有望解決這一難題，以此來提高磷酸鐵鋰和磷酸鐵離子導(dǎo)電性，進(jìn)而提高充電速率。充電速率提高了，相應(yīng)的電池壽命會(huì)降低的更快，這已被業(yè)界看成難以調(diào)和的矛盾，不過就在今年夏普稱研發(fā)出壽命可達(dá)70年的鋰電池，小伙伴們你們驚呆了嗎?
7.夏普研發(fā)超耐用鋰電池壽命可達(dá)70年
夏普(Sharp)已攜手京都大學(xué)田中功教授等人研發(fā)出一款使用壽命超長的鋰離子電池產(chǎn)品，并已成功做出邊長為8cm的試作品。據(jù)報(bào)導(dǎo)，以1天充放電1次計(jì)算，現(xiàn)行鋰離子電池使用壽命最長為10年(可充放電約3,600次)，而夏普所研發(fā)的鋰離子電池已確定可擁有高達(dá)1萬次的充放電性能，且透過實(shí)驗(yàn)得知，其充放電次數(shù)最高可達(dá)25,000次、使用壽命高達(dá)70年。
報(bào)導(dǎo)指出，夏普計(jì)劃將上述新研發(fā)的鋰離子電池充作風(fēng)力、太陽能發(fā)電的大型蓄電池使用，且因其擁有超耐用性能，故即便太陽能電池面板或風(fēng)力發(fā)電機(jī)老朽，蓄電池也可持續(xù)使用、無須更換，而降低蓄電池更換次數(shù)，也可降低發(fā)電成本。
夏普已將上述研發(fā)成果發(fā)布于英國科學(xué)雜志"NatureCommunications"的電子版上。
點(diǎn)評：當(dāng)下的鋰離子電池壽命可以達(dá)10年之久，一般用在汽車上的動(dòng)力電池廠家稱能壽命達(dá)8年左右，這很難消除用戶的顧慮，因?yàn)槠囅M(fèi)者經(jīng)常拿燃油汽缸的長久壽命和它比較，即便是用在要求較低一點(diǎn)儲(chǔ)能設(shè)備中鋰電池的壽命也僅10年左右，這次夏普將可以幫著鋰電池翻下身了，夏普研發(fā)的電池有一萬次充放電的超級性能，使用壽命長達(dá)7年，這樣的電池若是大規(guī)模商用的話，很有可能降低電池成本，因?yàn)殚L壽命分?jǐn)傁聛淼脑捪喈?dāng)于目前的7倍，那就是意味更換一次這種電池，需要更換7次左右的現(xiàn)在普遍使用的鋰電池。這僅僅想想也是醉了，期待夏普的這種長壽命盡快商用，解決鋰電池高居不下的成本問題。電池成本若是很好的得到解決，電動(dòng)汽車將會(huì)飛起來，但是就今年來說，你要是還是只知道到鋰電池那你就OUT了，下面讓我們來看看，號稱電動(dòng)汽車"革命的種子"的石墨烯電池，據(jù)說明年要量產(chǎn)了呢!
8.西班牙石墨烯電池明年將投產(chǎn)8分鐘將電動(dòng)汽車充滿電
據(jù)西班牙《世界報(bào)》網(wǎng)站12月4日消息，讓生產(chǎn)廠家放棄生產(chǎn)電動(dòng)交通工具的主要原因就是電池電量的問題。該行業(yè)要求增加電池的效力和持續(xù)時(shí)間，以減少充電時(shí)間。這個(gè)令人頭痛的問題馬上就能得到解決。西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。明年該公司將將其投入生產(chǎn)。四大德國汽車生產(chǎn)公司中的兩家(現(xiàn)在還不能透明公司名稱)將在這個(gè)月用此電池與電動(dòng)汽車進(jìn)行試驗(yàn)。
2004年，石墨烯在曼徹斯特大學(xué)唄安德烈?海姆博士和康斯坦丁?諾沃肖洛夫博士兩人共同發(fā)現(xiàn)，這種物質(zhì)有著驚人的性能，它很薄，是超導(dǎo)體，透明度高，并且非常堅(jiān)硬。雖然這些年人們一直認(rèn)為這種材料將在電池領(lǐng)域帶來重大變革，但事實(shí)上將它大量投入生產(chǎn)非常困難。然而，在2012年Graphenano公司成為世界上第一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司。從那時(shí)起，這家公司主要從事于加快應(yīng)用這種被稱為"上帝的材料"的研究。終于用它做出了電池。
這項(xiàng)新技術(shù)是將石墨烯做成聚合物。其優(yōu)勢在于它的能量密度、持續(xù)時(shí)間、充電速度、重量和價(jià)格。該公司的副總裁強(qiáng)調(diào)："它對于航空業(yè)、汽車業(yè)、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)都意味著一個(gè)跨越性的發(fā)現(xiàn)，它能大大增加產(chǎn)業(yè)效率，并且能將之前的一些想象變成可能。"
這個(gè)新產(chǎn)品，有著遠(yuǎn)超市場上其他產(chǎn)品的卓越性能。一個(gè)鋰電池(以最先進(jìn)的為準(zhǔn))的比能量數(shù)值為180wh/kg,而一個(gè)石墨烯電池的比能量則超過600wh/kg。也就是說，它的儲(chǔ)電量是目前市場上最好的產(chǎn)品的三倍。
這種電池的壽命也很長，它的使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。用它來提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000千米。而將它充滿電只需要不到八分鐘的時(shí)間。
石墨烯的特性也使得電池的重量可以減少為傳統(tǒng)電池的一半。這樣可以提高裝載該電池的機(jī)器的效率。科爾多瓦大學(xué)正在研究如何減小電池體積來使得電池外觀更完美。由于石墨烯的密度過大，目前只能應(yīng)用于電動(dòng)交通工具(包括汽車和船只等)。這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)希望在未來能減小它的體積使得能將其應(yīng)用到電子設(shè)備當(dāng)中，比如手機(jī)。
成本低是石墨烯的另一個(gè)優(yōu)勢。生產(chǎn)這種電池的公司表示，它的成本將比鋰電池低77%。是消費(fèi)者們能夠承擔(dān)的價(jià)格。因此，它將能被用于一些現(xiàn)有的設(shè)備和交通工具中，避免了和基礎(chǔ)設(shè)施不適配的問題。
科爾多瓦大學(xué)已經(jīng)成功制造了這種電池的原型。有望能在2015年的第一季度將此類電池在西班牙推廣使用。并且先前提到的德國兩大汽車公司將在汽車上采用該技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)并加快實(shí)施這項(xiàng)工作。
點(diǎn)評：8分鐘充滿一輛電動(dòng)車，續(xù)航1000公里，這不是天方夜譚，而是西班牙《世界報(bào)》網(wǎng)站上言之鑿鑿的字句，而且還是說明年將量產(chǎn)呢，這些就是來自于被稱作"上帝材料"的石墨烯，今年石墨烯在電池電池業(yè)界掀起了不小的浪潮，不過相比于誘人的實(shí)驗(yàn)室假設(shè)，還是希望石墨烯電池能盡快商用，一掃電動(dòng)汽車推而不廣的尷尬局面。在關(guān)注鋰電池革命性進(jìn)展的同時(shí)，不要把最重要的鋰電池的安全性這點(diǎn)忘掉。金屬鋰枝晶抑制研究就是在鋰電池安全性方面取得進(jìn)展的技術(shù)突破。
9.金屬鋰枝晶抑制研究獲新進(jìn)展
12月4日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理系青年教師張耀輝副教授以第一作者身份在國際著名學(xué)術(shù)期刊《納米快報(bào)》，2013年度影響因子為12.94，5年影響因子為14.45)在線發(fā)表了題為《具有自取向納米結(jié)構(gòu)的無枝晶金屬鋰的電沉積》的科研論文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系為第二署名單位。
金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mAh/g)、最負(fù)的還原電位(-3.04V，相對于氫標(biāo)電位)和極小的密度(0.59g/cm3)，長期以來一直被視為一種極具競爭力的高容量二次電池負(fù)極材料。近來，隨著全球化石類能源的日漸短缺，開發(fā)以金屬鋰為負(fù)極的高容量二次電池重新成為國際研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題。然而，在電池充電過程中極易形成金屬鋰枝晶，造成電極循環(huán)的庫侖效率下降，甚至出現(xiàn)內(nèi)部短路，電池?zé)崾Щ虬l(fā)生爆炸。四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制一直沒有得到有效解決。張耀輝在這篇論文中，成功地在液態(tài)電解液中實(shí)現(xiàn)了無枝晶光亮金屬鋰電極的電沉積，解決了這一難題;此外，該文還首次發(fā)現(xiàn)液態(tài)電解液體系中電沉積的金屬鋰電極實(shí)際上具有緊湊型納米棒結(jié)構(gòu)，此結(jié)果與之前人們認(rèn)為無枝晶的金屬鋰應(yīng)為致密結(jié)構(gòu)的預(yù)測不同。該結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有助于正確理解金屬鋰電極的沉積/溶解機(jī)理，進(jìn)而促進(jìn)金屬鋰枝晶抑制這一研究方向的深入。通訊評議審稿人認(rèn)為：“該文中呈現(xiàn)的金屬鋰電極的均勻性及光滑程度非常高，該文報(bào)道了一個(gè)重要的研究成果。”
點(diǎn)評：電池的廣泛應(yīng)用，安全問題將會(huì)變得日益嚴(yán)重，鋰電池內(nèi)部短路引起著火爆炸的問題也越來越多，該項(xiàng)研究解決了四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制的問題。這也為進(jìn)一步解決鋰電池的安全為題打開了思路，隨著研究的深入，或許會(huì)有更多的特性被發(fā)現(xiàn)，這將有益于我們更安全的利用鋰電池。提到安全，三維電池你聽說過嗎?
10.三維微電池“秒充電”安全
如今智能手機(jī)電池電量有限，往往只夠一天上班時(shí)用。當(dāng)手機(jī)電量低充電時(shí)又需要數(shù)個(gè)小時(shí)才能充滿，而長時(shí)間充電或通話時(shí)，手里使用的鋰電池甚至有爆炸的危險(xiǎn)。
不過，隨著三維微電池技術(shù)研發(fā)的不斷突破，上述問題未來都有可能迎刃而解。
筆者從南京理工大學(xué)獲悉，該校格萊特納米科技研究所夏暉課題組取得了國內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，中國超級微電池研發(fā)有了自己的技術(shù)儲(chǔ)備。
據(jù)筆者了解，該研究成果論文已發(fā)表在Nature系列雜志《NPGAsiaMaterials》(《自然-亞洲材料》)上。
課題負(fù)責(zé)人夏暉副教授告訴筆者，三維微電池是指擁有三維納米結(jié)構(gòu)的新式薄膜微電池。和普通的鋰電池相比，二者在結(jié)構(gòu)上相同，都是由正負(fù)極和電解質(zhì)構(gòu)成，最大的差異是在于材料。
區(qū)別于普通的鋰離子電池，微電池是以薄膜形式依次沉積，整個(gè)電池的厚度只有10-20微米，能設(shè)計(jì)成任意形狀和大小集成在IC卡電路中，可快速充電并且能循環(huán)充放電達(dá)上萬次。
因?yàn)椴捎昧斯虘B(tài)電解質(zhì)，三維薄膜微電池完全避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)將電池使用溫度從現(xiàn)有的50提高到100以上。
“和電子元件在技術(shù)提升下尺寸越來越小相比，現(xiàn)在使用的電池技術(shù)沒有跟上這場賽跑，三維納米微電池將能改變這一切。”
在夏暉看來，當(dāng)前人們在使用電池時(shí)仍要在功率和電量間做選擇，像手機(jī)采用的電池容量比較大，功率密度低，充放電速度慢，而超級電容器是功率密度大，但容量小，能量密度低，充放電速度快。
如何兼具高能量密度和高功率密度一直是電池界要解決的難題。而夏暉課題組則兼顧了上述"兩難"，也就是，在單位面積比能量密度增加的同時(shí)，同樣能實(shí)現(xiàn)快速充放電。
據(jù)了解，自20世紀(jì)90年代后歐美國家的薄膜微電池研發(fā)已取得了階段性成果，如今實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模批量生產(chǎn)，在超級智能卡(如可視銀行卡)、電子標(biāo)簽、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、植入型醫(yī)療裝置、微型傳感器以及微型國防技術(shù)裝備上應(yīng)用前景廣闊。
據(jù)市場研究公司NanoMarkets發(fā)表的研究報(bào)告預(yù)測，2015年全球微電池市場價(jià)值將超過53億美元。
另外，筆者注意到，美國伊利諾斯州大學(xué)的科學(xué)家2013年曾研制出一種超級微電池，該微電池的功率是鋰電池的1000倍，一旦完成民用研發(fā)，理論上未來一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到1秒鐘。在未來微電池技術(shù)革新之下，人們或許不再需要擔(dān)心手機(jī)沒電了，因?yàn)?讀秒充電"將成為現(xiàn)實(shí)。
點(diǎn)評：“讀秒充電”三維微電池聽起來多像科幻片里講述的故事，然而這就發(fā)生在國內(nèi)，南京理工大學(xué)某研究所夏暉課題組取得了國內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，這項(xiàng)前沿技術(shù)，據(jù)說可以避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，若真是一旦完成民用研發(fā)，無疑為鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用解決了后顧之憂，值得期待，但愿不會(huì)讓我們等太久。
總結(jié)：以上就是小編為大家整理的2014鋰電池十大前沿技術(shù)進(jìn)展，但是掛一漏萬，還有很多前沿技術(shù)由于篇幅的原因，不能為大家一一道來。但是這些極具代表性的技術(shù)進(jìn)展希望能帶給大家以啟發(fā)，小編將和大家一起關(guān)注未來的走向，在明年繼續(xù)關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，看看這些技術(shù)能有多少走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用在生活中，2014即將結(jié)束，技術(shù)進(jìn)展不會(huì)停歇，一起期待更好的鋰電池行業(yè)的未來吧!（OFweek 鋰電網(wǎng)）
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