工程師4 發表於 2018-04-23 16:50:00
電池是將化學反應產生的能量直接轉換為電能的一種裝作。具有穩定電壓，穩定電流，長時間穩定供電，受外界影響很小，並且結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，性能穩定可靠的特點，給現代社會生活帶來很多便利。
1800 年，義大利科學家伏打（Volta）將不同的金屬與電解液接觸做成Volta堆，被認為是人類歷史上第一套電源裝置。人類先後發明了鉛酸蓄電池、以NH4Cl為電解液的鋅—二氧化錳乾電池、鎘-鎳電池、鐵-鎳蓄、鹼性鋅錳電池和鋰離子電池等。
隨著三星Note 7爆炸的話題不斷發酵，電池這一曾經的幕後功臣又重新成了我們關注的焦點。不免讓許多人擔心，我們是不是要與性能接近極限的鋰電池為伍很久很久？答案當然是否定的。其實我們還有很多新型電池正在蓄勢待發打破格局。下面我們就來共同盤點一下新型電池技術。
1、國產超級電池亮相
近日，極致動力科技（天津）有限公司展示了一種續航與充電能力都堪稱「恐怖」的超級電池，充滿一次電僅需3-5分鐘。
從配圖中我們看到，電池採用圓柱形設計，整齊的拍成一排，這種設計保證了每一顆電池中間都留有縫隙，便於散熱。
極致動力董事長魏喆介紹說，這種超級電池主要應用在大巴車以及碼頭弔取貨櫃的吊車上，一輛電動大巴車需要297顆電池。
他表示，「我們這種電池屬於鎳氫電池，雖然在體積和重量上做不到鋰電池那麼輕薄，但是在安全性和充電能力方面，絕對要大大優於鋰電池。」
據了解，在常溫20-40℃的情況下，超級電池充電一次只要3-5分鐘，壽命為5-8年。在油電混合大巴車上時，每當車輛剎車，超級電池可以回收能源，也就是可以自動完成充電。據估算，使用超級電池後，一輛油電混合大巴車的節油率可以達到40%左右。
此外，電池安全性也比鋰電池更好，超級電池已經經過針刺、擠壓、高溫、墜落等一系列實驗，不會像鋰電池那樣容易爆炸。
2、本田商用鎂電池來了近日，本田汽車與一支研發團隊攜手合作，開發出世界上第一塊可以實際應用的鎂充電電池。據了解，鎂的成本比鋰低了96%，除此之外，續航時間更長，日本媒體報導稱，新電池可能會成為顛覆性產品，安裝新電池之後，智慧型手機及其它設備充電一次可以續航更長時間。
據報導，領導此次研發活動的是日本埼玉縣工業技術中心（Saitama Industrial Technology Center，簡稱Saitec），本田研發團隊在和光市評估了電池的可行性。開發者預計鎂電池最開始時會在智慧型手機、其它便攜設備中商用。鎂電池開發者希望能在2018年之前銷售產品。本田汽車和Saitec團隊將會在下個月的千葉（靠近日本東京）科學會議上展示電池。
據了解，研究人員鎂用在可充電電池遇到了同樣的困難，在充電放電、放電充電的過程中，鎂的充電性能會快速退化，基於此，研究人員開發了一種新材料氧化釩，將它塗在正極，這樣一來，離子在氧化釩和鎂負極之間流動就會更容易一些。氧化釩可以增加鎂的充電次數，防止衰退。為了提高安全性，研究人員添加了一種有機物質，它可以降低鎂電池起火的風險。
3、鋰硫電池近日，日本產業技術綜合研究所宣布，其與筑波大學共同開發出了一種鋰硫電池，通過採用金屬有機骨架作為電池隔膜，實現了長期穩定的充放電循環特性。據介紹，在1C的電流密度（恆流放電1小時後結束放電時的電流值）下進行 1500次循環測試之後，這種鋰硫電池仍可保持高達900mAh/g的充電容量。
採用硫作為鋰電池正極的鋰硫電池具有正極容量高（理論值為1675mAh/g）的特點，作為新一代蓄電池備受期待。在2008年太陽能飛機首航時，就使用了鋰硫電池，白天時，太陽能飛機上的光伏發電板僅為飛行提供能力，而且為其鋰硫電池充電，以維持晚上飛行所需的動力。
4、固態鋰電池固態鋰電池與普通鋰離子電池的主要區別在於它將傳統的有機電解液替換成固態電解質。採用有機電解液的傳統鋰離子充電電池，因有過度充電、內部短路等異常時可能導致電解液發熱，有自燃甚至爆炸的危險。採用固態電解質的固態鋰電池，不僅在安全性上大大提高，在使用壽命和能量密度上都有了很大的改善。
由於固態鋰電池內部不含液體，消除了任何液體洩漏的問題，在體積和重量上較之傳統鋰電池也有所降低，同時適應能力更強，這些優勢十分有利於固態鋰電池在 儲能和新能源汽車領域上展開應用。目前科研界以及工業界都在研發以及生產固態鋰電池，並將其視為最有潛力的新一代電池產品。
5、新型液流電池相比常規使用的充電電池，液流電池的規模更大一些，這是因為液流電池的形式和功能不同於常見的鋰離子電池。在液流電池單元中，液態電解質在兩個容器箱體 中循環流動，而兩個箱體通過一個薄膜進行分離。離子穿越薄膜就實現了電荷轉移，整個過程與氫燃料電池的發電原理類似。液流電池組較鋰離子電池有更高的安全性，即便放置很長一段時間，電能也不會出現流失，因此很適合用來儲存太陽能、風能等可再生能源。
美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的研究人員使用低成本及可持續的合成分子開發了一種全新的有機液流電池，其生產成本比常見的全釩液流電池成本降低了60%左右，這也使新型液流電池在儲能領域裡的佔有巨大的優勢。
6、液態金屬電池液態金屬電池是通過液態金屬的氧化還原反應，把化學能轉化成電能。金屬呈液態是該電池的特點，利用液體的流動性，液態金屬電池具有高倍率充放電性能及電池系統的可放大性，這也使得液態金屬電池能滿足能量型和功率型雙重應用，在大規模儲能中有著廣闊的應用前景。
來自麻省理工學院的一組研究人員就開發出了一種新型全液態金屬電池系統，這種系統造價便宜，且使用壽命較長。據研究團隊稱，此裝置可讓風能和太陽能這些可再生能源具備與傳統能源相競爭的能力。
7、葉片綠色電池馬裡蘭大學的一隊研究者最近開發了一款廉價的新材料，該材料將在新一代電池上充當負極。在實驗中該團隊發現，橡樹葉被加熱到1000攝氏度後，其碳基結構會被瓦解，隨後所剩物質中就可容納電解質。眼下，該團隊還在對其他自然材料進行測試，包括泥炭土和香蕉皮等。
8、快充石墨烯電池眾所周知，電池的壽命會隨著充放電次數的增加而逐漸縮短，而澳大利亞斯威本科技大學的研發人員就在試圖解決這一問題。他們開發出了新型石墨烯電池，這款電池不但擁有超強的快充能力（幾秒鐘），而且其耐用性也不一般，研發人員開出的使用期限為一輩子。石墨烯材料的運用克服了傳統電池所有的缺點，同時這款產品也非常環保，而且造價便宜。
9、用糖做的電池維吉尼亞理工學院的團隊開發了一款用糖做的電池，其優點是超強的續航能力。研究人員從糖中分離除了麥芽糖精，而它就是這款新型電池的能量來源。麥芽糖精與空氣接觸後，電池就會釋放電子來發電。由於糖便宜且存量大，所以此款新電池成本較低，最重要的是它擁有可降解的特性。
10、充不壞的納米線電池這款電池完全是加州大學的研發人員在無意中發現的，它讓傳統的鋰電池變得一無是處。研發人員用黃金製作了納米線，隨後將其與新材料相結合，這對組合讓電池的充放次數大幅提高，同時電池性能也不會隨充電次數增加而衰減。
11、自毀電池自毀電池面向的並不是大眾市場，但在特殊領域它卻能大顯身手，而且它也克服了此前一次性電池汙染環境的問題。這款電池由愛荷華州立大學開發，主要用於軍事用途，用光、熱或者液體都能將其引爆。此外，引爆後即使進入了水中，也不會對水體造成汙染。
12、可食用的鹽水電池這款電池可是將環保的概念發揮到了極致，為了為自家電池正名，Aquion Energy的威特克裡居然真的啃掉一塊電池吃了下去（肯定不怎麼好吃）。這款電池的部件都由生物衍生材料製成，在變身電池前它們可能是塵土、棉花、碳或鹽水。不過，這款電池可不是給行動裝置準備的，它要做「大事業」，比如做家庭或公司的備用電源，而為其提供電能的則是環保的風能或太陽能。
小結由於鋰離子電池在效用上也存在著較大的限制瓶頸，比如在能量密度、安全以及成本等方面。相信隨著新技術的發展，未來新型電池將會不斷與鋰離子電池爭奪市場。當然，新舊電池的市場爭奪戰可能還需要一段時間，但未來，新電池技術將以更低的成本帶來更安全的使用體驗。
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