手机技术的发展与电池可用性可谓是息息相关! 这是众所周知的事实,因为我们每天晚上都要给手机充电。锂离子电池是目前移动设备的主力和标准,与以往的商用电池化学相比,具有重量轻,性价比高,可充电的特点,能够提供更高的能量密度。很不幸的是,1970年代开发的锂电池技术已经快接近其理论极限了,其能力滞后于移动技术的发展水平,不仅是夜间充电模式说明了这点,而且最新的产品介绍也在规避这个问题,从改善续航时间包括无线充电和手机电池情况都明显的证明了这点。从一开始,我们就渴望有一个更好的电池,现在更是迫在眉睫,因为电池性能的局限性不仅会影响消费类电子,还涉及到电动汽车行业和相关的清洁能源项目。2013年11月,美国能源部 (U.S.Department of Energy) 甚至启动了一项耗资1.2亿美元的计划,预计在5年内开发出一种寿命延长5倍的电池技术,改变现状。这项计划已经催生了一系列活动,并且在将来你还会听到越来越多的未来电池概念。这里将为您介绍几种新型电池。
锡纳米晶体锂离子电池
电池通过共享共同的载荷电子将化学能转化为电能。现在的锂离子电池通过将锂离子从负极(阴极)迁移到正极(阳极)来产生电流,充电时则相反。电极通常由钴、石墨、锰或镍制成,并不能吸收所有的锂离子。锡是一种更理想的电极,但是锡晶体在吸收锂离子时会变成3倍大,而在释放锂离子时缩小,就像一块海绵。为了应对体积的变化,瑞士苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 和瑞士联邦材料试验和科研研究所 (Empa) 的无机化学实验室的科学家们,正在研发一种由微小的锡晶体制成的纳米材料,可以有效的释放和吸收锂离子,使电池容量翻倍。
金属空气电池
金属空气类电池的金属电极与空气中的氧气(而不是液体)发生反应来产生电流。锂和钠是目前最有前景的电极材料,但也可以采用铝和锌。事实上,市场上早已有了锌空气电池,比如用于助听器的Renata ZA675DP6。
尽管锂空气电池的开发还处于起步阶段,但是这项技术还是最有前景的,高于锂离子5到10倍的理论比能量(单位体积消耗的能量),孤儿对于电动汽车产业极富吸引力。锂空气电池的高能量可以使电动汽车行驶1000英里,而使用现有的锂电池,行驶距离平均不过125英里。
虽然理论角度看钠空气电池比锂空气电池能量低,但是更加稳定和容易制造,且其比目前使用的锂电池更具效率。有关钠空气电池的测试也表明,其实际储存能量比锂空气电池要高。
液态金属电池
由比尔盖茨支持且在麻省理工学院成立并启动,Ambri开发了一种使用夹在两层液态金属之间的熔盐电解质的电池。液态金属电极(一个低密度负极和一个高密度正极)之间的电荷差异产生电压。Ambri还获得了美国能源部先进能源研究计划署ARPA-E项目690万美元的资助,旨在开发针对能源储存应用程序的技术,使能源系统更加高效。
更多新电池概念
其他电池概念包括锂-硫,其能量密度是目前锂电池的3至5倍;绿色技术的糖动力生物电池,不仅能量密度高,也是下一代电化学电池发展的新概念。无论哪种电池技术能够成功实现锂离子电池,消费者都是最终受益者。