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通往锂电池定制的道路怎么样?

2018-12-04 battery 0

  现代锂电池定制追溯到18世纪,当时科学家们意外发现了一种处理静电的方法——将金属棒插入内部装满盐水、两端涂有箔层的瓶子。用一只手接触瓶子外部,而金属棒接触瓶子另一端,你就能体验触电的感觉了。

在《电池:便携式电源如何引发了一场技术革命》一书中,亨利·施莱辛格(Henry Schlesinger)描述了科学家们如何研究这种名为莱顿瓶的设备。其中非常著名的发明家是诗人珀西·比希·雪莱( Percy Bysshe Shelley)。年轻时的雪莱在妹妹的帮助下进行了实验。他还得到了妻子玛丽·雪莱的启发,后者在自己创作的小说《弗兰肯斯坦》里将电作为主要的情节设计。

就在小说《弗兰肯斯坦》出版后不久,安纳塔西欧·伏特(Alessandro Volta)发明了第一个被广泛使用的电池伏打电堆,就是在铜板和锌板中间夹上用盐水浸过的卡纸或布片,一层一层堆起来的蓄电池。

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当今的电池并未发生巨大的变化。切开电池内部,你可以看见由金属,例如锂制成的一种材料,和另一种材料(一般是碳)。两种材料之间是某种类似于伏特200年前使用的布片的物质——由液体或者胶体包裹的塑料,目的是防止金属发生相互作用,同时能够让原子自由移动。

当电池一端的金属丝与另一端的相接触,就产生了回路,电子会移动,从而产生电流,导致灯泡发光、立体声音响发声或者锁上汽车车门。对现在的电子设备而言,最流行的可充电电池锂离子电池已经被广泛使用了20多年。

市场快速增长

电池是科技的命脉。 根据欧洲知名研究机构法国Avicenne Energy的估计, 1990年,随着锂离子电池涌入市场,全世界对电池的需求高达200000万兆瓦时。这相当于444亿个劲量极限AA锂电池,足以环绕地球57次。截止20年后,也就是2013年,这一需求已经翻倍。

市场研究公司Lux Research预测截止2020年,仅用于驱动电子设备的电池花费将高达266亿美元,比2014年大约增长了30%。大多数需求来自智能手机和平板电脑,预计两者在未来6年将增加45%。用于交通,例如汽车的锂电池定制花费将翻倍,高达209亿美元。

考虑到如此巨额的消费,研究人员正在努力改善电池寿命。即便如此,可以物质化的突破性进展寥寥无几。此外,几乎所有的主要研究首先都关注于在汽车和电网方面的应用。

科技巨头,例如IBM,在加州圣何塞的阿尔马登研究中心拥有一支专门研发电池技术的科学家小组。2009年,IBM投资了50万美金要求几名研究人员开发Battery 500项目:旨在打造一块可以支持汽车跑500英里的电池,这意味着一次充电汽车就可以从旧金山行驶到洛杉矶,中途还能绕到沙滩上休息一会。

这一项目的关键是所谓的锂空气电池(The lithium-air battery),这种电池并不是依赖碳和其它金属,而是以锂离子为主,IBM和他的合作伙伴相信他们能够创造一种充满空气的容器,后者能够与锂发生相互作用从而产生电流。如果他们是正确的,那么这种空气电池的重量或可能减轻一半。

但其中存在一个问题:为了实现能量的可持续和再充电过程,你必须获得纯净的空气,但我们现在呼吸的空气充满了污染物和水。“你需要机械装置净化空气。” IBM电池项目负责人温弗里德·维尔克(Winfried Wilcke)说道。这意味着这将增加电池的大小、重量和复杂性。

其它的科学家,包括来自美国麻省理工学院和德克萨斯州大学的研究人员,都在考虑使用其它材料,例如硅、硫和钠。然而很多相关的研究和开发都是针对汽车设计。将这种技术应用于消费性电子产品可能还需要再多等几年。

有些消极的科学家描绘了一幅较为悲惨的前景,他们认为我们已经达到了电池能力的极限。而其他人,例如美国加州电池初创企业Imergy Power Systems首席执行官比尔·沃特金斯(Bill Watkins),则对电池的前景持乐观态度。“从来都不要低估一群拥有足够科研资金的博士们的能力。” 沃特金斯这样说道。



标签:   锂电池定制​

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