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锂电池逐渐被“淘汰”,新电池技术有进展,能让手机“三天一充”

信息来源:lidianchi.biz   时间: 2020-03-16  浏览次数:75

说到锂电池再次出现在公众人视野,必须是2019年诺贝尔化学奖授予了在锂电池方面有突出贡献的三位科学家,他们分别是锂电池的奠基者约翰——古迪纳夫、锂电池改造者——斯坦利威廷汉和锂电池的优化者——吉野章。

这三位科学家都因独自在对锂电池进行研究过程中做出了新的研究成果,所以荣获了2019年的诺贝尔化学奖。在获奖那年,作为锂电池的奠基者,古迪纳夫是最年长的一位,那一年他已经97岁了,但他说,他依旧每天坚持研究电池新技术。

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目前,我们生活的各个方面都离不开锂电池,比如手机、电脑、相机、电动汽车等电子产品都是在锂电池技术的基础上发展起来的,可以说,越来越智能化的现代根本离不开锂电池技术的不断成熟。

那么,什么是电池?电池的基本原理就是将活性较高的金属材料作为阳极,而用较为稳定的材料作为阴级,阳极材料发生氧化反应,阴极材料发生还原反应,使得阴阳离子不断结合而形成回路,最终产生电能。

所以电池产生电能,而用电器用电,比如手机、相机等耗电物品。但是如果电池内部能量消耗完毕,电池就会没用,所以可充电的电池发明、升级等,成了后来研究人员的主线。

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电子技术的发展有着较长远的历史,而历史上,人们历经200多年才走到了锂电池阶段。电池技术的发明由1799年意大利物理学家伏特发明的一款电池开始,而人类第一款电池的材料是锌片、铜片和侵湿盐水的纸片,随后出现了变换电池、铅酸电池、镍铬电池和1950年加拿大工程师Urry发明的碱性电池,也就是我们平常生活中常见的一次性电池,绝大多数是不可充电的,如今在全球售出已经超过了100亿颗。

此外,各种商业电池在随后也相继问世了。1991年,锂电池奠基者——古迪纳夫为解决“锂枝晶”现象,即防止内部短路现象,发明了锂离子电池,但当时只有索尼公司接受了古迪纳夫的发明,并帮助古迪纳夫申请了专利。

而索尼的这一举动,因锂离子高能量密度和配方不同,能够适用于不同环境的优点,被人们广泛使用,也帮助它成为了锂电池行业的老大。

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从电池的不断变更可以看出,科研人员在电池技术上一直向着为发明和创造更为轻便、更为小巧、能量更高的电池技术而努力奋斗。如今各大实验室也在不断寻找锂电池的替代品,其中石墨烯电池就是科学家眼中最理想的锂离子电池替代品。

澳大利亚莫纳什大学的研究团队制作并推出了他们所称的迄今为止最高效的锂硫电池,官方发表的声明这样描述到,一个适当大小的锂硫电池单元的电量,足以让一个智能手机运行5天,而一个汽车锂硫电池组理论上可以让一辆电动车行驶超过621英里,大约是1250个标准跑道的长度。

相关的研究人员表示,随着锂硫电池关键技术的不断破解,以及世界各国大力发展新能源汽车产业,未来锂硫电池商业化应用进程有望加速。在笔者看来, 对于那些率先布局相关技术的公司也有望抢占市场的先机。

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不久之前,麻省理工学院的科学家们秀出了锂金属阳极新技术,并指出未来可能实现手机三天一充。那么,他们是如何突破相关技术难题而取得如今电池新技术的重大进展呢?该项目的负责人李博士介绍说,他们利用百亿个“发动机活塞”组成的阳极,来解决固体电解质与金属阳极之间的关键矛盾。

因为锂在充电过程中会膨胀,而随着电池的使用,铝金属在放电过程中又会收缩,这样向外和向内的反复变化,会使锂难以与固体电解质保持恒定的接触,最终导致固体电解质的破裂或者分离。另外,固体电解质在与高反应性锂金属接触时,还存在化学稳定性不好的问题。

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面对这种矛盾,李博士和他的团队采用了新的设计思路,他们开发了一种蜂窝状六边形MIEC管三维纳米结构,并使用了一种特殊材料ELI,这种材料是MIEC管壁和固体电解质层之间的粘合剂,所以能使得锂在充电过程中引起的膨胀压力得到释放,从而不改变电极的外部尺寸,解决了技术上的关键难题。

麻省理工学院的此项固体电解质电池新技术,相比于液体电解质,实用性更强,质量也更佳,极大地减小了电池的体积和重量。这项新技术的发明,也就使得制约手机、电动汽车等产品性能进一步提升的主要瓶颈之一得到突破。

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综上所述,电池技术又向前迈进了一步,而我们人类就是最大的受益方。因为现阶段的锂电池,给我们带来了能快速充电满足日常使用的电脑。

总之,锂电池从1991年问世以来,已经有效地为在多方面给人类带来了便利,特别是为现代通信设备提供了巨大动力。还有,随着汽车逐渐“电动化”,锂电池逐渐成为了汽车行业的“宠儿”,例如特斯拉就在利用锂电池技术的道路上不断在做电动汽车的技术升级。

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而在未来,随着电动汽车的愈发普及,笔者认为,锂电池技术将会成为各大车企能否优先抢占市场份额的关键部分。也就是说,如果想在电动汽车行业中占据领导地位,就必须加大对电池技术的科研,努力取得新突破,占领电池技术的绝佳技术优势。

所以,伴随着全球可持续发展的趋势,锂电池的重要性可能同比于石油。对此,我也认为电池技术还会以跨越式的速度前进。你又是如何看的呢?欢迎在下方评论。

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