傳統鋰電池技術接近瓶頸 電池技術突破指日可待

不久前，中國科學家開發了一種可以在零下70攝氏度下使用的鋰電池。它有望在未來用于地球上極冷的地區，甚至用于外層空間。這聽起來像一枚“炸彈”。據研究人員介紹，這種新型電池使用的材料并不昂貴，也不環保，但商業化還需要一段時間。主要問題是它的能量密度太低，無法與傳統鋰電池相比。那么，什么時候才能在電池技術上取得革命性突破呢？傳統的鋰電池技術已經接近瓶頸。“消費電子、汽車和電網存儲是目前使用電池的三個主要行業。我將這三個行業稱為人們與電池連接的三個領域。每個領域對電池的要求都不同，因此使用的電池可能（有時）非常不同。你口袋里的手機需要一個結實安全的電池，重量和成本不需要考慮太多。對于汽車電池行業來說，需要大量的電池，因此成本、重量和循環壽命（如果新特斯拉需要每兩年更換一次新電池，你會瘋掉的）變得非常重要。用于在房屋和電網中儲存電力的電池不需要高重量或高尺寸。“美國儲能研究聯合中心研發副主任Winkler Srinivasen說。電子行業幾乎每個部門都需要電池，而電池的功率輸出和能量壽命也限制了電池的使用。《電力》雜志主編Stifano Passer Lini指出，“電池的發展或進步很大。”比其他領域慢，這是電池的限制。你不能指望電池能為你的手機供電一周或一個月。因為存儲在電池中的最大能量是由固有元件決定的。“1991年，索尼推出了第一款商用鋰電池，被稱為電子設備的主流電池技術。由于鋰離子是最輕的堿金屬元素，它具有體積小、重量輕、能量密度高的特點，因此很快取代了鎳電池。還有其他金屬和非金屬材料，如磷酸鐵、錳鋅在鋰電池的組成材料中，硒、石墨、鈦酸鹽等，但只有通過在正負電極中插入和提取元素“鋰離子”才能實現電能和化學能之間的相互轉換，最終才能完成充放電過程。然而，鋰電池的技術進步發展緩慢。目前，鋰離子電池在能量密度、高低溫特性和倍率性能方面遠高于鉛酸和鎳氫電池，但仍難以滿足快速增長的電子產品和電動汽車的需求。近年來，研究人員努力提高鋰電池的能量密度（體積容量比）、價值、安全性、環境影響和試用壽命，并正在設計新型電池。然而，Passer Rini表示，傳統的鋰電池技術已經接近瓶頸，進一步優化的空間有限。創新理念催生新電池。目前，科學家們正在努力開發儲能更強、壽命更長的新型電池，特別是在不同領域開發更合適的電池，因為沒有一種電池可以應用于所有領域。在汽車行業，電池最終決定了汽車的壽命，也決定了人們對電動汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個問題，工程師和科學家們正試圖在電池中注入更多的電壓容量。目前，大量研究致力于尋找新的材料和化學物質來幫助或取代鋰離子晶格或電池的其他部件。例如，一些創新的方法，用硅代替傳統的石墨陽極晶格，會有10倍以上的鋰離子，但硅在吸收鋰離子時會膨脹，因此研究人員需要解決這個問題；

鋰金屬被用作陽極而不是晶格，但充電時可能會短路。這是一個長期存在的問題，自從鋰電池問世二三十年以來，這個問題一直讓電池制造商頭疼。也許鋰可以被完全取代？例如，鈉或鎂，或其他材料。國外的一個聯合儲能研究中心正在使用計算機建模來研究使用特定的氧化物材料作為與鎂陽極相對應的陰極。鎂是非常有利的，因為它的結構允許每個原子接受兩個電子，這使鎂能夠使存儲電荷翻倍。另一種思考方式是思考電池的“心臟”——電極/電解質界面。在所有環境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大。發表在最新一期美國能源學術期刊《焦耳》上的研究表明，中國復旦大學化學系和新能源研究所教授夏永耀帶領團隊開發了一種新型的耐寒電池，其中使用了極低溫度下具有低冰點和導電性的乙酸乙酯作為電解質，并且使用兩種有機化合物分別作為陰極和陽極。夏永耀說：“乙酸乙酯電解質和有機聚合物電極使可充電電池能夠在零下70攝氏度的極低溫度下工作。”新型電池的材料豐富、便宜且環保。他預測，這種材料的價格僅為傳統鋰電池電極材料的三分之一左右。你知道，在俄羅斯和加拿大等極寒地區，氣溫低于50攝氏度；在太空中，溫度低至零下157攝氏度。然而，傳統鋰電池在零下20攝氏度時的性能僅為其最佳水平的50%，在零下40攝氏度時僅為其最優水平的12%。夏永耀向記者強調，新型電池仍處于實驗室階段，實現商業化的主要挑戰是該電池的單位質量能量與商業化的鋰電池仍有差距，生產工藝有待優化，但具有顯著的應用潛力。因此，他的團隊正在努力克服這個問題。有網友建議，“有特殊要求的專業電池不一定要取代現有的鋰電池，而是完全可以發揮差異化的市場策略，體現其在軍事、工業等特殊環境中的用途。”使用石墨烯材料的電池表現良好。由于鋰電池技術遇到瓶頸，人們想到了一些其他方法來間接有效地解決用戶對電池壽命的需求。在這項研究中，發現使用石墨烯材料的電池表現良好。在第57屆日本電池大會上，華為以“華為能源”的名義發布了一款由石墨烯制成的鋰電池，展示了該電池的快速充電技術。3000毫安時的電池只需5分鐘就可以充電到48%的電量，這無疑比高通的快速充電技術和OPPO的VOOC閃充技術更令人興奮。此外，與傳統的鋰離子電池相比，該電池具有壽命長、耐高溫等諸多優異特性。據介紹，使用石墨烯材料的電池的主要優點是使用壽命和充電速度。經測試，石墨烯電池2000次充放電后的衰減率小于15%，與普通鋰電池相比約為40-80%。它可以在5000毫安時的充電速度下在半小時內充滿電，如果電路設計合適，理論上可以在5秒內充滿電。華為在電解液中添加了高溫抗分解添加劑，并與具有高溫穩定性的大型單晶陰極合作，大大提高了電池的熱穩定性。同時，利用石墨烯的高效散熱特性，在相同的工作條件下，電池溫度降低了5℃。目前，隨著電子產品的便攜化發展，電池也在朝著體積小、重量輕、比能高的方向發展；

對于電動汽車的應用來說，高比體積能也意味著具有一定體積的電池可以填充更多的活性物質。因此，在實際應用中，質量比能量更重要，體積比能量更為重要。1月26日，《自然通訊》在線發表了天津大學化工學院楊全紅教授的研究成果。在石墨烯的密集組裝中，巧妙地應用了類似變形金剛的“硫模板”，實現了對活性物質包裹的碳籠尺寸和形狀的精確設計，從而大大提高了鋰離子電池的體積能量密度，使其成為“更小”的可能。“需要指出的是，有一種說法叫‘石墨烯電池’，既不科學，也不嚴謹。更客觀地說，應該是‘使用石墨烯材料的電池’。石墨烯是一種‘軟到薄’的碳材料。在石墨烯的添加或輔助下，一些傳統碳材料或傳統技術難以實現的功能可能會實現ed，并且有時電池性能的微小改進對于實際應用是非常重要的。楊全紅告訴記者。“使用石墨烯材料的電池“石墨烯本身是一種鋰電池或其他電介質電池。石墨烯本身不能儲存電能，其主要功能是分離電池的雙極材料，使電子能夠容易地通過，使電池的內阻非常小，這就是它充電快的原因。從目前的科學研究結果來看，電池的性能石墨烯的de比鋰電池好得多，尤其是在電池功率特性、容量和壽命方面。然而，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李一春告訴記者，“目前石墨烯電池的技術研究大多處于實驗室階段，尚未達到實際應用，距離量產還有很長的路要走。“超級電容器技術值得期待”據外媒報道，英國兩所大學的研究人員發現了一種新型超級電容器材料，它不僅可以將充電時間縮短到10分鐘以下，還可以將能量密度提高到180Wh/kg，高于目前鋰電池的100-120Wh/kg。今年1月r、 南京科技大學格萊特納米技術研究所的夏輝教授的研究小組還發現了一種可以將超級電容器的電容增加5-10倍的新材料。與傳統化學電池相比，超級電容器以其大容量、高功率、長壽命、低成本和環保等優越的財產而著稱，具有廣闊的應用前景。隨著技術的不斷發展，其應用范圍已從最初的電子設備領域擴展到電力和儲能領域。據介紹，超級電容器之所以被稱為“超級”，是因為它是一種介于傳統電容器和電池之間具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容器電荷來儲存電能。然而，儲能過程中沒有化學反應，而且這種儲能過程是可逆的，正是因為這種超級電容器可以重復充電和放電數十萬次。它將能量存儲在分離的電荷中，存儲電荷的面積越大，分離的電荷越密集，其電容就越大。因此，與傳統電容器相比，其巨大的表面積和非常小的電荷分離距離使其具有驚人的大靜電容量。當應用于軌道車輛的制動時，超級電容器可以存儲回收的制動能量，當車輛再次加速時可以釋放，節省30%的能量。同時，每輛車有兩個系統，單個系統的功率增加到300kw。在國外混合動力汽車中使用超級電容器技術是有先例的。它可以在短時間內提供和吸收大功率，并且具有高能量回收效率、高充放電次數、長循環壽命和寬工作溫度范圍；

所使用的基本材料也非常便宜，適合頻繁加速和減速的城市交通條件。一些科學家說，電池技術可以說是一門“混亂的藝術”。它之所以發展如此緩慢，很大程度上是因為幾乎每一個微小的進步或變化都需要大量的實驗和測試來確保安全性和穩定性。即使你找到了一種有助于提高能量密度的材料，也不能保證它真的能起作用。因此，電池技術的突破正在路上，請耐心等待。不久前，中國科學家開發了一種可以在零下70攝氏度下使用的鋰電池。它有望在未來用于地球上極冷的地區，甚至用于外層空間。這聽起來像一枚“炸彈”。據研究人員介紹，這種新型電池使用的材料并不昂貴，也不環保，但商業化還需要一段時間。主要問題是它的能量密度太低，無法與傳統鋰電池相比。那么，什么時候才能在電池技術上取得革命性突破呢？傳統的鋰電池技術已經接近瓶頸。“消費電子、汽車和電網存儲是目前使用電池的三個主要行業。我將這三個行業稱為人們與電池連接的三個領域。每個領域對電池的要求都不同，因此使用的電池可能（有時）非常不同。你口袋里的手機需要一個結實安全的電池，重量和成本不需要考慮太多。對于汽車電池行業來說，需要大量的電池，因此成本、重量和循環壽命（如果新特斯拉需要每兩年更換一次新電池，你會瘋掉的）變得非常重要。用于在房屋和電網中儲存電力的電池不需要高重量或高尺寸。“美國儲能研究聯合中心研發副主任Winkler Srinivasen說。電子行業幾乎每個部門都需要電池，而電池的功率輸出和能量壽命也限制了電池的使用。《電力》雜志主編Stifano Passer Lini指出，“電池的發展或進步很大。”比其他領域慢，這是電池的限制。你不能指望電池能為你的手機供電一周或一個月。因為存儲在電池中的最大能量是由固有元件決定的。“1991年，索尼推出了第一款商用鋰電池，被稱為電子設備的主流電池技術。由于鋰離子是最輕的堿金屬元素，它具有體積小、重量輕、能量密度高的特點，因此很快取代了鎳電池。還有其他金屬和非金屬材料，如磷酸鐵、錳鋅在鋰電池的組成材料中，硒、石墨、鈦酸鹽等，但只有通過在正負電極中插入和提取元素“鋰離子”才能實現電能和化學能之間的相互轉換，最終才能完成充放電過程。然而，鋰電池的技術進步發展緩慢。目前，鋰離子電池在能量密度、高低溫特性和倍率性能方面遠高于鉛酸和鎳氫電池，但仍難以滿足快速增長的電子產品和電動汽車的需求。近年來，研究人員努力提高鋰電池的能量密度（體積容量比）、價值、安全性、環境影響和試用壽命，并正在設計新型電池。然而，Passer Rini表示，傳統的鋰電池技術已經接近瓶頸，進一步優化的空間有限。創新理念催生新電池。目前，科學家們正在努力開發儲能更強、壽命更長的新型電池，特別是在不同領域開發更合適的電池，因為沒有一種電池可以應用于所有領域。在汽車行業，電池最終決定了汽車的壽命，也決定了人們對電動汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個問題，工程師和科學家們正試圖在電池中注入更多的電壓容量。目前，大量研究致力于尋找新的材料和化學物質來幫助或取代鋰離子晶格或電池的其他部件。例如，一些創新的方法，取代傳統的石墨陽極latt……

e與硅相比，會有10倍以上的鋰離子，但硅在吸收鋰離子時會膨脹，因此研究人員需要解決這個問題；鋰金屬被用作陽極而不是晶格，但充電時可能會短路。這是一個長期存在的問題，自從鋰電池問世二三十年以來，這個問題一直讓電池制造商頭疼。也許鋰可以被完全取代？例如，鈉或鎂，或其他材料。國外的一個聯合儲能研究中心正在使用計算機建模來研究使用特定的氧化物材料作為與鎂陽極相對應的陰極。鎂是非常有利的，因為它的結構允許每個原子接受兩個電子，這使鎂能夠使存儲電荷翻倍。另一種思考方式是思考電池的“心臟”——電極/電解質界面。在所有環境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大。發表在最新一期美國能源學術期刊《焦耳》上的研究表明，中國復旦大學化學系和新能源研究所教授夏永耀帶領團隊開發了一種新型的耐寒電池，其中使用了極低溫度下具有低冰點和導電性的乙酸乙酯作為電解質，并且使用兩種有機化合物分別作為陰極和陽極。夏永耀說：“乙酸乙酯電解質和有機聚合物電極使可充電電池能夠在零下70攝氏度的極低溫度下工作。”新型電池的材料豐富、便宜且環保。他預測，這種材料的價格僅為傳統鋰電池電極材料的三分之一左右。你知道，在俄羅斯和加拿大等極寒地區，氣溫低于50攝氏度；在太空中，溫度低至零下157攝氏度。然而，傳統鋰電池在零下20攝氏度時的性能僅為其最佳水平的50%，在零下40攝氏度時僅為其最優水平的12%。夏永耀向記者強調，新型電池仍處于實驗室階段，實現商業化的主要挑戰是該電池的單位質量能量與商業化的鋰電池仍有差距，生產工藝有待優化，但具有顯著的應用潛力。因此，他的團隊正在努力克服這個問題。有網友建議，“有特殊要求的專業電池不一定要取代現有的鋰電池，而是完全可以發揮差異化的市場策略，體現其在軍事、工業等特殊環境中的用途。”使用石墨烯材料的電池表現良好。由于鋰電池技術遇到瓶頸，人們想到了一些其他方法來間接有效地解決用戶對電池壽命的需求。在這項研究中，發現使用石墨烯材料的電池表現良好。在第57屆日本電池大會上，華為以“華為能源”的名義發布了一款由石墨烯制成的鋰電池，展示了該電池的快速充電技術。3000毫安時的電池只需5分鐘就可以充電到48%的電量，這無疑比高通的快速充電技術和OPPO的VOOC閃充技術更令人興奮。此外，與傳統的鋰離子電池相比，該電池具有壽命長、耐高溫等諸多優異特性。據介紹，使用石墨烯材料的電池的主要優點是使用壽命和充電速度。經測試，石墨烯電池2000次充放電后的衰減率小于15%，與普通鋰電池相比約為40-80%。它可以在5000毫安時的充電速度下在半小時內充滿電，如果電路設計合適，理論上可以在5秒內充滿電。華為在電解液中添加了高溫抗分解添加劑，并與具有高溫穩定性的大型單晶陰極合作，大大提高了電池的熱穩定性。同時，利用石墨烯的高效散熱特性，在相同的工作條件下，電池溫度降低了5℃。目前，隨著電子產品的便攜化發展，電池也在朝著體積小、重量輕、比能高的方向發展；

對于電動汽車的應用來說，高比體積能也意味著具有一定體積的電池可以填充更多的活性物質。因此，在實際應用中，質量比能量更重要，體積比能量更為重要。1月26日，《自然通訊》在線發表了天津大學化工學院楊全紅教授的研究成果。在石墨烯的密集組裝中，巧妙地應用了類似變形金剛的“硫模板”，實現了對活性物質包裹的碳籠尺寸和形狀的精確設計，從而大大提高了鋰離子電池的體積能量密度，使其成為“更小”的可能。“需要指出的是，有一種說法叫‘石墨烯電池’，既不科學，也不嚴謹。更客觀地說，應該是‘使用石墨烯材料的電池’。石墨烯是一種‘軟到薄’的碳材料。在石墨烯的添加或輔助下，一些傳統碳材料或傳統技術難以實現的功能可能會實現ed，并且有時電池性能的微小改進對于實際應用是非常重要的。楊全紅告訴記者。“使用石墨烯材料的電池“石墨烯本身是一種鋰電池或其他電介質電池。石墨烯本身不能儲存電能，其主要功能是分離電池的雙極材料，使電子能夠容易地通過，使電池的內阻非常小，這就是它充電快的原因。從目前的科學研究結果來看，電池的性能石墨烯的de比鋰電池好得多，尤其是在電池功率特性、容量和壽命方面。然而，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李一春告訴記者，“目前石墨烯電池的技術研究大多處于實驗室階段，尚未達到實際應用，距離量產還有很長的路要走。“超級電容器技術值得期待”據外媒報道，英國兩所大學的研究人員發現了一種新型超級電容器材料，它不僅可以將充電時間縮短到10分鐘以下，還可以將能量密度提高到180Wh/kg，高于目前鋰電池的100-120Wh/kg。今年1月r、 南京科技大學格萊特納米技術研究所的夏輝教授的研究小組還發現了一種可以將超級電容器的電容增加5-10倍的新材料。與傳統化學電池相比，超級電容器以其大容量、高功率、長壽命、低成本和環保等優越的財產而著稱，具有廣闊的應用前景。隨著技術的不斷發展，其應用范圍已從最初的電子設備領域擴展到電力和儲能領域。據介紹，超級電容器之所以被稱為“超級”，是因為它是一種介于傳統電容器和電池之間具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容器電荷來儲存電能。然而，儲能過程中沒有化學反應，而且這種儲能過程是可逆的，正是因為這種超級電容器可以重復充電和放電數十萬次。它將能量存儲在分離的電荷中，存儲電荷的面積越大，分離的電荷越密集，其電容就越大。因此，與傳統電容器相比，其巨大的表面積和非常小的電荷分離距離使其具有驚人的大靜電容量。當應用于軌道車輛的制動時，超級電容器可以存儲回收的制動能量，當車輛再次加速時可以釋放，節省30%的能量。同時，每輛車有兩個系統，單個系統的功率增加到300kw。在國外混合動力汽車中使用超級電容器技術是有先例的。它可以在短時間內提供和吸收大功率，并且具有高能量回收效率、高充放電次數、長循環壽命和寬工作溫度范圍；

所使用的基本材料也非常便宜，適合頻繁加速和減速的城市交通條件。一些科學家說，電池技術可以說是一門“混亂的藝術”。它之所以發展如此緩慢，很大程度上是因為幾乎每一個微小的進步或變化都需要大量的實驗和測試來確保安全性和穩定性。即使你找到了一種有助于提高能量密度的材料，也不能保證它真的能起作用。因此，電池技術的突破正在路上，請耐心等待。

標簽：發現優越特斯拉

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