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解析双离子电池:又一次电池革命?

PConline 2016-04-22 09:55:49

[导读] 智能手机发展到今天,屏幕在升级,处理器在升级,摄像头在升级,工艺在升级,而且这些升级相比十年前都堪称是革命性的,但手机上却有一个非常重要的配件,它直接制约着手机的续航,但经过了这么多年,却仍然没有过一次革命性的升级发生在它身上,它,就是电池。

智能手机发展到今天,屏幕在升级,处理器在升级,摄像头在升级,工艺在升级,而且这些升级相比十年前都堪称是革命性的,但手机上却有一个非常重要的配件,它直接制约着手机的续航,但经过了这么多年,却仍然没有过一次革命性的升级发生在它身上,它,就是电池。

【揭秘】解析双离子电池:又一次电池革命?

其实不止是手机,现在的相机、电动汽车都是采用的锂电池,锂电池的特点是制造成本高、续航时间低,如今,这一现象有望得到彻底改变,因为世界首创的新型双离子电池在深圳诞生了,那么,究竟什么是双离子电池呢?

双离子电池:手机一天一充的时代或将结束

所谓“双离子电池”是把传统锂离子电池的正负极进行了调整,用廉价且易得的石墨替代目前已批量应用于锂离子电池的钴酸锂、锰酸锂、三元或磷酸铁锂作为电池的正极材料;采用铝箔同时作为电池负极材料和负极集流体;电解液由常规锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。

【揭秘】解析双离子电池:又一次电池革命?

双离子电池的工作原理也有别于传统锂离子电池,充电过程中,正极石墨发生阴离子插层反应,而铝负极发生铝-锂合金化反应,放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压(3.8-4.6V),同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本,从而全面提升了电池的能量密度,从而提高电池的续航时间。

目前还有哪些新型电池技术

那么除了双离子电池,市场上目前还有哪些关于新型电池的技术呢?为什么我们没有在自己的手机、数码相机上看到这些电池的身影呢?

量子电池

我们经常在好莱坞科幻片听到“量子”这个词,给人一种不明觉厉的感觉。而要了解量子电池,我们先从熟悉的地方说起。现阶段,我们能见到的所有蓄电池技术,它们都是遵从经典力学的(如牛顿的经典力学定律等)。这一标准在很长一段时间内都是准确的,但是随着科学研究的深入,人们发现,对于一些微观状态的物体(原子和亚原子),经典力学是不起作用的,这时我们就需要新的规则--量子力学了。

【揭秘】解析双离子电池:又一次电池革命?

在量子信息中,一个量子比特可以用布洛赫球面来表示,科学家可以从中获得量子电池的最大平均功率。当量子电池进行充电时,其决定了充电时间的长短,该原理也可以用于描述量子电池的工作原理。与传统电池所不同的是,量子电池的充电速度由量子位决定,量子位越多,充电速度越快。从宏观上看,一个量子位的充电时间为一个小时,那么六个联合工作时就只要10分钟,这一技术如果用于手机充电,可大大缩短充电时间。

然而,虽然锂离子电池发展缓慢,能量密度增长乏力,但至今也发展出了700Wh/L能量密度以上的锂电,而目前的量子电池能量密度最高仅为500Wh/L,而且如果没有技术性突破,能量密度很难大幅提高。

石墨烯电池

石墨烯电池是一种利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,所开发出的一种新能源电池。石墨烯是从石墨当中提炼出来的一种新型材质,具备高导电性、高强度、超轻薄等特性。通过这种材质,锂离子可以在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动,因此石墨烯电池能够将几个小时的充电时间浓缩为几分钟。

【揭秘】解析双离子电池:又一次电池革命?

不过如果只是加快手机的充电速度,那么石墨烯电池便与前文所提到的那款智能芯片没有多大区别了。采用分孔石墨烯作为锂电池电极的方式,不仅能够浓缩充电时间,还能够有效提升电池容量,这是锂空气电池内部构造的初步原理。华为创始人任正非此前曾多次公开表示:这个时代将来最大的颠覆是石墨烯时代将颠覆硅时代,且未来10年至20年内将爆发一场技术革命。

然而,制备技术难题仍然是阻挡石墨烯电池走向市场的拦路虎,无法兼顾成本、质量和产率,到现在,科学家们还在积极寻找适用于产业化生产的制备工艺。

氢燃料电池

氢燃料电池基本工作原理是将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。由于氢燃料电池不储能,确切的讲应该称为氢发电装置。

【揭秘】解析双离子电池:又一次电池革命?

其实氢燃料电池早已不是什么全新的技术,20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。

总结

虽然以上这些电池技术都还没有应用于大众市场,但小编相信,科技的发展会逐渐解决这些问题,或许在不久的将来,我们就能看到各种“黑科技”的电池应用于智能手机和电动汽车了,而在此之前,锂电池仍然是我们最好的选择。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  双离子电池[6]    量子电池[7]
 
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