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超越锂电池——未来电池的概念

2022-06-27 00:10:00 【arenascat】

前言

移动技术的发展取决于电池的耐用度，这是多数人都知道的，因为我们每晚都要为我们的移动设备充电。锂离子电池轻便，性价比不错而且可重复充电，并且与下一代商用的化学电池相比，可以提供更高的能量密度，是当今移动设备供电的主要方式。但不幸的是，锂离子电池技术是在上世纪70年代发展起来的，经过多年发展现在它已接近其理论极限。锂电池技术是落后于移动技术发展的步伐的，这不仅体现在每天都要在夜间充电这一件事情上，还体现在最新推出的电子产品上。

所以，要解决这个电池技术落后的问题，以使得现有电子产品能有更长的运行时间，包括无线充电和移动电池盒。虽然科学家一直在寻找更好的电池，但是现在这个事情变得更紧迫了，因为电池技术落后不仅限制了消费电子产品，而且限制了电动汽车行业和一些清洁能源计划。 2013年11月，美国能源部甚至启动了一项1.2亿美元的计划，以在5年内开发改变游戏规则的电池技术，该技术将使电池的耐用度提高5倍。这种推动催生了一系列的科研行动，接下来将说一些未来电池的概念让你能够进一步了解电池的发展。

锡纳米晶锂离子电池

电池通过共享共同的载流子电子将化学能转换为电能。当今的锂离子电池通过将锂离子从负极（阳极）发送到正极（阴极）来产生电能，而在充电过程中则相反。传统锂电池的电极通常由钴，石墨，锰或镍制成，并且不会吸收所有的Li离子。

锡是更理想的电极，但吸收离子时，锡晶体的尺寸可能会增大三倍，而释放离子时，锡晶体会收缩，就像海绵一样。为了应对体积变化，苏黎世联邦理工学院和恩帕市无机化学实验室的科学家正在开发一种由微小锡晶体制成的纳米材料，该纳米材料可以有效吸收和释放锂离子，从而使电池的能量容量增加一倍。

金属空气电池

金属空气类型的电池的原理是，它的金属电极与空气中的氧气（而不是电解液）发生反应，产生电流。用于金属空气电池电极的最有前途的材料似乎是锂和钠，但是铝和锌材料的电极也已经在研究。事实上锌空气电池已在市场上出售，主要用于助听器。

尽管锂空气电池的研发仍处于起步阶段，但该技术是最有前途的，理论性能比能量比锂离子电池高5至10倍，并且对电动汽车行业特别有吸引力。例如，锂空气电池可以提供1000英里的续航里程，而同样体积下，现有锂离子电池的平均水平为125英里。

钠空气电池的理论能量密度比锂空气电池低，但比当今的锂离子电池更稳定，更易于制造，同时效率更高。对钠空气电池的测试还表明，与锂空气相比，它们可能具有更高的实际储能能力。

液态金属电池

由麻省理工学院创建，并由比尔盖茨支持的初创企业Ambri开发了一种电池，这一种电池使用夹在两层液态金属之间的熔融盐作为电解质，通过液态金属电极之间的成分差异（一个低密度负极和另一个高密度正极）产生电压。 Ambri也是美国能源部高风险早期ARPA-E计划的690万美元赠款的接受者，目标是将该技术应用于电网中的能量存储，以使能源系统更加高效。