2017年鋰電池的突破性技術(shù)匯總

大到自動(dòng)駕駛汽車和電動(dòng)平衡車，小到筆記本和智能手機(jī)，電池在各種智能設(shè)備中無處不在，它們已然成為了現(xiàn)代世界不可或缺的一部分，因此對(duì)于這個(gè)電池市場(chǎng)，自然是有少不了的開發(fā)者，他們總是在設(shè)想著如何創(chuàng)造出更安全，持久，節(jié)能且充電速度快的電池，而在2017年世界上到底出現(xiàn)了哪些突破性的電池技術(shù)呢？我們?cè)诮衲昴杲K前給大家做了一份匯總。

畢竟安全第一，我們就先從安全因素說起，最近這段時(shí)間因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/tags/三星/" target="_blank">三星Galaxy Note7爆炸的新聞，鋰電池的安全問題受到了用戶們的廣泛關(guān)注，不過相對(duì)于其他，在世界各地都運(yùn)用廣泛的鋰電池其實(shí)在安全方面的事故率總的說還是比較低的，但總會(huì)有各種意外情況的發(fā)生， 這也證明了它們并不能帶來100%絕對(duì)的安全保障。也隨著這些事故的發(fā)生，現(xiàn)代的電池已經(jīng)開始在芯片上安裝電壓追蹤，溫度追蹤等功能，這意味著如果你在使用iPhone進(jìn)行充電的時(shí)候，如果溫度過高，那么手機(jī)上的警告系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以防止進(jìn)一步的隱患。不過研發(fā)人員們?nèi)匀辉趯ふ乙环N能夠讓電池永遠(yuǎn)保持冷卻的方法，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其中一種方法就是不再使用目前的可燃性電解質(zhì)，也就是電池中那些攜帶電離子的液體，用一些不太易燃的物質(zhì)取而代之。

早在2015年，馬里蘭大學(xué)和美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們就提出了一種鹽水電解質(zhì)配方方案，小到起搏器大到大規(guī)模電網(wǎng)，都能對(duì)電池的安全問題提供很好的保障，不過雖然這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)方式能夠一定程度的減少電池起火隱患，不過它目前只能適用于最大規(guī)模3伏特的電壓，因此還無法大規(guī)模應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)也一直研發(fā)緩慢，后來研發(fā)人員們又開發(fā)了一種新的凝膠聚合物涂層來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這種涂層可以應(yīng)用于電池的陽極，更好地阻止水從表面的產(chǎn)生，研發(fā)小組現(xiàn)在也專注于增加電池的完整性能周期，從100到500或更多使用周期，以使其具有競(jìng)爭(zhēng)力，而直到在今年秋天，研發(fā)人員們才總算將電壓最大值提升到了4伏特，因此可以用于比如筆記本電腦等的常規(guī)應(yīng)用。

另外一種避免火災(zāi)危險(xiǎn)的方式就是將阻燃劑集成到電池中，當(dāng)電池發(fā)熱時(shí)，阻燃劑會(huì)自動(dòng)釋放，就像內(nèi)置了一個(gè)滅火器，這個(gè)方法這是許多研發(fā)人員一直在考慮的額問題，它們希望使用某種阻燃材料來制造隔膜分離器，不過這種方法在實(shí)驗(yàn)起來經(jīng)常會(huì)損害電池的完整性能，因此目前也并不可靠。在今年一月份，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家又將電池技術(shù)推向了新的一步，他們的設(shè)計(jì)包采用了磷酸三苯酯TPP為原料的阻燃劑，將其放置于超細(xì)纖維殼的聚合物之中，當(dāng)電池中的水銀遇到160攝氏度的高溫時(shí)，它們會(huì)開始融化，在升溫開始的早期階段就釋放電解液進(jìn)而降低電池的燃燒可能性。研發(fā)人員也用硬幣電池對(duì)該設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)，TPP的確能夠在燃燒發(fā)生時(shí)有效迅速的熄滅火焰，現(xiàn)在研發(fā)人員也開始將測(cè)試轉(zhuǎn)移到了更大的機(jī)械壓力上，以檢驗(yàn)其抗壓能力。

而除了在安全方面，2017年也出現(xiàn)了許多關(guān)于提供電池充電速度的新技術(shù)誕生，如果能夠讓你的車充電6分鐘就可以續(xù)航320公里，你會(huì)更愿意購買一輛電動(dòng)車嗎？相信很多人都會(huì)因此改變主意，然而充電速度提升帶來的改變遠(yuǎn)不僅僅是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域內(nèi)，在各種智能設(shè)備中都可以得到體現(xiàn)。今年十月，日本東芝公司宣布將推出其下一代的超級(jí)快充鋰電池SCiB0，這種新型的陽極材料被稱為鈦鈮氧化物，它能更有效地儲(chǔ)存鋰離子，因此能量密度增加了一倍。東芝計(jì)劃在2019將電池投入實(shí)際應(yīng)用，并表示如果將其置入電動(dòng)汽車，它將在六分鐘充電時(shí)間里，它能夠提供大約三倍于當(dāng)前電池的電流。然而東芝也并不是首家在快速充電技術(shù)領(lǐng)域中掀起波瀾的電子巨頭，今年11月，三星三星高級(jí)技術(shù)研究院的研究人員報(bào)道推出了他們所說的石墨球技術(shù)。通過一種類似于爆米花的神奇材料作為陽極，在鋰離子電池中，為陰極提供保護(hù)層，通過這項(xiàng)技術(shù)，該研發(fā)小組稱已經(jīng)能夠控制電池內(nèi)發(fā)生有害的副反應(yīng)，創(chuàng)造更多的電流傳輸通道。研發(fā)人員還表示，如果將這些石墨球加工成為一個(gè)全尺寸的鋰電池，他們就可以將智能手機(jī)的充電時(shí)間從一小時(shí)減少到12分鐘，更重要的是，它們還可以提高45%的電池容量，并保持穩(wěn)定的工作溫度，這涉及到電動(dòng)汽車領(lǐng)域的時(shí)候無疑是個(gè)非常實(shí)用的屬性。

目前智能手機(jī)成為了現(xiàn)代社會(huì)中必備的設(shè)備，然而在電池容量方面卻往往不令人滿意，許多用戶都幾乎是一天一充電，有的甚至還是一天兩充，如果能夠大量的提升電池的容量，這相信必將會(huì)讓眾多手機(jī)用戶們心中為之振奮，也正是如此，如何最大化的擴(kuò)展電池的容量，這也是眾多科學(xué)家們研發(fā)的重點(diǎn)。

萊斯大學(xué)的研究人員因此將更多的精力瞄準(zhǔn)了一種稱為樹突的充電過程中的副產(chǎn)品中，這些微小的鋰?yán)w維在電池的陽極形成，像皮疹一樣的擴(kuò)散，最終很有可能會(huì)阻礙電池性能，甚至造成短路。研究小組們因此建造了一個(gè)電池原型，它使用一種石墨薄片將其生長在金屬與碳納米管結(jié)合的陽極上，這種三維碳納米管由于其密度低、表面積大，在充放電循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的空間，使顆粒在進(jìn)出過程中打滑，完全阻止了樹突的生長，因此大大提升了電池的容量。

除此之外，石墨烯技術(shù)也是2017年來最有前途的能源技術(shù)之一，其導(dǎo)電性能極佳，引發(fā)了許多科學(xué)家的研究熱潮，而其中一些研究人員則想到了一種方法，就像石墨片上的碳原子在海洋中隨著環(huán)境溫度的變化起伏波動(dòng)，他們利用所謂的石墨烯漣漪產(chǎn)生微小的能量，通過將石墨烯片懸浮在兩個(gè)堆疊的電極之間，當(dāng)原子團(tuán)上升并接觸上電極時(shí)，該組能夠產(chǎn)生正電荷，然后當(dāng)它們落下并接觸下電極時(shí)產(chǎn)生交流電，然后使用一種叫做振動(dòng)能量采集器的裝置，該研發(fā)小組還能夠利用足夠強(qiáng)的交流電實(shí)現(xiàn)給手表供電。從理論上說，這項(xiàng)技術(shù)從不需要充電，也不會(huì)損耗，因此這也大大提高了石墨烯作為無限能量解決方案的前景，不過把它植入手表和其他小型電子設(shè)備，如心臟起搏器和助聽器，目前仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，但研究人員正在繼續(xù)他們的實(shí)驗(yàn)，爭(zhēng)取能夠早日進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。然而在大型電容量電池的實(shí)際應(yīng)用上，南澳大利亞啟用了世界最大的鋰離子電池，這塊電池由特斯拉公司耗時(shí)100天安裝完成，其旨在解決一些國家最近的能源危機(jī)，能夠?yàn)槌^3000家住戶提供電力。

最后，在環(huán)境保護(hù)方面，電池行業(yè)也取得了非常杰出的進(jìn)展，日本東北大學(xué)和大阪大學(xué)的研究人員利用電子制造業(yè)的副產(chǎn)品——從大塊的硅片中切割出來的硅木屑，通過粉碎這其為多孔納米片和用碳將其涂覆，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的電池陽極種類。由此產(chǎn)生的鋰離子電池不僅作為再生材料，并可以達(dá)到一個(gè)恒定的電池容量，約為1200毫安時(shí)/克（每克毫安小時(shí)）使用周期超過800次，該研發(fā)小組還聲稱相比傳統(tǒng)的石墨陽極，這幾乎是它們的3.3倍。另外一方面，硅作為電池負(fù)極的能源比一個(gè)典型的石墨陽極電位存儲(chǔ)高達(dá)10倍以上，通過這種方式，有研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)一個(gè)顯示容量約1420 mAh/g（每克毫安小時(shí)）的紐扣電池，相比典型的350 mAh/g容量的石墨陽極電池，其有明顯的改善，該研發(fā)小組也因此已經(jīng)申請(qǐng)了環(huán)保、低成本技術(shù)的專利，除了石墨烯和硅，有悉尼大學(xué)的科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了一種鋅材料的空氣電池，它能夠通過在電池周圍使用空氣來驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，也可以在鋅中加入更多的鋅來增加其能量密度，不過，這種鋅電池也有一定的弊端，因?yàn)樗枰嘿F的貴金屬作為催化劑，對(duì)于節(jié)省成本來說并不現(xiàn)實(shí)。因此悉尼大學(xué)的研究小組又想到希望利用常見元素，利用鐵，鈷和鎳，不過實(shí)驗(yàn)證明，還是鋅空氣電池更容易充電，在超過60次充電放電和120的充電周期測(cè)試中，它僅失去了不到10%的功效。

說到最后，更好的電池性能將會(huì)讓智能手機(jī)保持更持久的使用時(shí)間，讓電動(dòng)汽車得到更長的續(xù)航時(shí)間，讓相機(jī)拍攝更多照片和錄像，讓無線耳機(jī)能夠釋放更長時(shí)間的音樂，讓電動(dòng)自行車帶你去更遠(yuǎn)的地方，因此其未來的發(fā)展前景是非常巨大的。

2017年是電池發(fā)展史上至關(guān)重要的一年，隨著各種新能源，新材料的涌現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)了提高電池性能的更多樣的可能性，但相信事情并不會(huì)因此而怠惰下來，相反，或許2018年還將在電池這領(lǐng)域有更大的技術(shù)突破，或許三星手機(jī)將會(huì)首次搭載上使用石墨球的電池，或許未來你乘坐的電動(dòng)汽車將會(huì)不再需要插電管，總之，一切皆有可能，讓我們拭目以待。