鉅大LARGE | 點擊量：541次 | 2021年10月21日
電池產(chǎn)業(yè)將達860億美元 “超級電池”不再遙遠
西班牙《趣味》月刊2014年十一月號的文章說，能量，無所不在：車載衛(wèi)星定位儀、智能手機……一切改變了人際關(guān)系的移動設(shè)備都取決于電池是否更加耐用，以及是否能更加有效地分配能量。要想做到這一點其實很難。事實上電池恰恰是這些高科技產(chǎn)品的致命弱點。近年來電池的續(xù)航能力已經(jīng)大大提高，但依然滿足不了各種便攜式設(shè)備的需求。聯(lián)想P780智能手機一次充電可保證持續(xù)使用43小時，一次通話所用的電量少于上網(wǎng)瀏覽或看一部電影所用的電量，但這樣的電池性能依然不夠完美。
美國阿爾貢國家實驗室的一項研究顯示，現(xiàn)在的一塊鋰離子電池所供應(yīng)的電量已經(jīng)是1991年時的一塊鋰離子電池的1倍。但問題在于這樣一塊鋰離子電池的功率很大程度上卻取決于它的大小。從根本上說，以當前技術(shù)而言，更強的電池性能通常意味著更厚、更沉，甚至外形也和普通的不相同。盡管如此，很多研究人員仍然堅信我們正在接近極限。
是不是注定了我們必須在美觀與續(xù)航能力之間作選擇？我們是不是必須無時不刻都帶著充電器？一些移動設(shè)備專家認為，不出幾年移動設(shè)備的電池設(shè)計方面就會出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，石墨烯的采用或鋰空氣電池的研發(fā)將讓現(xiàn)在的移動設(shè)備的性能提高數(shù)倍。
另一些人則質(zhì)疑，這些進步與當前掌握的技術(shù)之間還距離甚遠。美國伯克利勞倫斯國家實驗所的化學(xué)工程師埃爾頓·凱恩斯設(shè)計的電池僅有一枚硬幣大小，采用的是鋰、硫磺和氧化石墨烯等易獲取的材料，儲存的電量是傳統(tǒng)電池的2到5倍。此外，凱恩斯和他領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團隊在進行了1500次的充放電試驗后證實，這種電池僅僅喪失了不到一半的儲電能力，這是目前最好的鋰離子電池才能達到的水平。
美國橡樹嶺國家實驗室梁誠篤（音）研究員也利用了硫替代傳統(tǒng)電池采用的液態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導(dǎo)，但使用壽命短。新的設(shè)計方法首先合成出一種富含硫的新物質(zhì)，并將其作為電池的陰極，隨后再將其同由鋰制成的陽極和固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合在一起，便制造出這種能量密度較大的全固態(tài)電池。固態(tài)電解質(zhì)不僅消除了硫溶解的問題，還防止了與鋰金屬接觸，所以安全性更高。新的固態(tài)電解質(zhì)電池的能量密度是鋰離子電池的4倍。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
麻省理工學(xué)院的化學(xué)物理學(xué)家阿馬多爾·梅嫩德斯·貝拉斯克斯選擇的是另一種辦法。2012年他展示了采用熒光分子材料制成的電池，將熒光分子安裝在電子設(shè)備的屏幕上，使其能捕捉光輻射，再將其散發(fā)出去。這項刊登于英國《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上的科研成果指出，利用這一技術(shù)可以充分采用環(huán)境光為移動設(shè)備供應(yīng)能量。
梅嫩德斯指出，假如采用太陽能，移動設(shè)備就可以實現(xiàn)自我充電，一次充電的續(xù)航能力也會大大提升。更好的是，這一發(fā)明還能有利于能量循環(huán)回收，這也能提升電池的使用壽命。這是一個非常有必要考慮的問題，因為移動設(shè)備僅屏幕就會耗掉將近90%的電量。
雖然提升電池的續(xù)航能力，或減小耗能似乎是一個非常好的切入點，但這個問題其實還可能從另外的角度來解決，比如縮短充電時間。在這方面，碳納米管發(fā)揮著決定用途。從幾年前開始技術(shù)界就在研究采用碳納米材料的可能性。碳納米管的耐用性是最好的鋼材料的數(shù)百倍，重量更輕，而且還能縮短充電時間。
加州大學(xué)河濱分校的一組科研人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰離子電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料上?？梢允闺姵乇仍瓉磔p40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，一次充電時間只要大約10分鐘。
在縮短充電時間問題上，以色列的StoreDot科技公司更勝一籌。在微軟ThinkNext大會上，這家在特拉維夫大學(xué)納米科技研究中心的基礎(chǔ)上新創(chuàng)辦起來的公司的負責(zé)人展示了他們新研發(fā)的充電技術(shù)。使用這個充電器，一部即將因電量不足關(guān)機的三星GALAXYS4手機充滿電的時間只要30秒。這一充電設(shè)備采用的是由肽分子組成的生物半導(dǎo)體材料。研究人員將這些納米級的晶體加入到一種特殊的作為電解質(zhì)的溶液中。
試驗似乎已經(jīng)證實了這一新技術(shù)能夠制造出更強大的電池，并縮小體積。公司創(chuàng)始人多龍·邁爾斯多夫認為，這一技術(shù)進步將推動移動設(shè)備行業(yè)真正的革命。假如這一技術(shù)能被采用，預(yù)計超級充電設(shè)備將在2016年進入批量生產(chǎn)。
可以肯定的是，未來幾年電池市場將不再是鋰電獨霸天下。從鋰這種金屬中可以獲得鋰鹽作為電解質(zhì)。全世界鋰的儲量大約為4000萬噸，但通常鋰鹽濃度較低。據(jù)美國國家地理協(xié)會估算，全球僅有約1300萬到1800萬噸的鋰可以商用。
全球最重要的鋰儲量位于玻利維亞、阿根廷和智利之間形成的三角地帶，而且南美洲還有大量未探明儲量。在北美、非洲和亞洲地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了鋰礦。2010年阿富汗宣布發(fā)現(xiàn)了一個巨大的鋰礦。
但是這些遠遠不夠。隨著電動汽車和各種電子設(shè)備的大量應(yīng)用，全球?qū)︿嚨V的需求也將大大新增。瑞士信貸銀行的報告預(yù)計，全球鋰需求量正在以每年12%的速度上漲。一些專家認為幾十年內(nèi)鋰礦就會出現(xiàn)匱乏。但是現(xiàn)在，世界正在變得越來越智能和移動化。美國從事全球市場調(diào)研的盧辛特爾咨詢公司的另一項研究報告指出，2018年電池產(chǎn)業(yè)將成為一個規(guī)模達到860億美元的巨大的全球市場。
讓電池用得更久的小建議：
·不要總是等到耗光所有電量再充電，也不要永遠充滿電，這反而會縮短電池的使用壽命。電池的使用壽命通常為3到5年。
·防止移動設(shè)備過熱，過熱會降低電池的續(xù)航能力。
·假如移動設(shè)備一段時間內(nèi)閑置，最好總是保持一半的電量。完全關(guān)機或電池電量為零有可能導(dǎo)致它永遠不再工作。
·使用合適的充電設(shè)備。最理想的就是使用電壓和電流強度都與原始設(shè)備相同的充電器。
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