传统锂电池技术接近瓶颈 电池技术突破指日可待

不久前，中国科学家开发了一种可以在零下70摄氏度下使用的锂电池。它有望在未来用于地球上极冷的地区，甚至用于外层空间。这听起来像一枚“炸弹”。据研究人员介绍，这种新型电池使用的材料并不昂贵，也不环保，但商业化还需要一段时间。主要问题是它的能量密度太低，无法与传统锂电池相比。那么，什么时候才能在电池技术上取得革命性突破呢？传统的锂电池技术已经接近瓶颈。“消费电子、汽车和电网存储是目前使用电池的三个主要行业。我将这三个行业称为人们与电池连接的三个领域。每个领域对电池的要求都不同，因此使用的电池可能（有时）非常不同。你口袋里的手机需要一个结实安全的电池，重量和成本不需要考虑太多。对于汽车电池行业来说，需要大量的电池，因此成本、重量和循环寿命（如果新特斯拉需要每两年更换一次新电池，你会疯掉的）变得非常重要。用于在房屋和电网中储存电力的电池不需要高重量或高尺寸。“美国储能研究联合中心研发副主任Winkler Srinivasen说。电子行业几乎每个部门都需要电池，而电池的功率输出和能量寿命也限制了电池的使用。《电力》杂志主编Stifano Passer Lini指出，“电池的发展或进步很大。”比其他领域慢，这是电池的限制。你不能指望电池能为你的手机供电一周或一个月。因为存储在电池中的最大能量是由固有元件决定的。“1991年，索尼推出了第一款商用锂电池，被称为电子设备的主流电池技术。由于锂离子是最轻的碱金属元素，它具有体积小、重量轻、能量密度高的特点，因此很快取代了镍电池。还有其他金属和非金属材料，如磷酸铁、锰锌在锂电池的组成材料中，硒、石墨、钛酸盐等，但只有通过在正负电极中插入和提取元素“锂离子”才能实现电能和化学能之间的相互转换，最终才能完成充放电过程。然而，锂电池的技术进步发展缓慢。目前，锂离子电池在能量密度、高低温特性和倍率性能方面远高于铅酸和镍氢电池，但仍难以满足快速增长的电子产品和电动汽车的需求。近年来，研究人员努力提高锂电池的能量密度（体积容量比）、价值、安全性、环境影响和试用寿命，并正在设计新型电池。然而，Passer Rini表示，传统的锂电池技术已经接近瓶颈，进一步优化的空间有限。创新理念催生新电池。目前，科学家们正在努力开发储能更强、寿命更长的新型电池，特别是在不同领域开发更合适的电池，因为没有一种电池可以应用于所有领域。在汽车行业，电池最终决定了汽车的寿命，也决定了人们对电动汽车的恐惧和焦虑。为了解决这个问题，工程师和科学家们正试图在电池中注入更多的电压容量。目前，大量研究致力于寻找新的材料和化学物质来帮助或取代锂离子晶格或电池的其他部件。例如，一些创新的方法，用硅代替传统的石墨阳极晶格，会有10倍以上的锂离子，但硅在吸收锂离子时会膨胀，因此研究人员需要解决这个问题；

锂金属被用作阳极而不是晶格，但充电时可能会短路。这是一个长期存在的问题，自从锂电池问世二三十年以来，这个问题一直让电池制造商头疼。也许锂可以被完全取代？例如，钠或镁，或其他材料。国外的一个联合储能研究中心正在使用计算机建模来研究使用特定的氧化物材料作为与镁阳极相对应的阴极。镁是非常有利的，因为它的结构允许每个原子接受两个电子，这使镁能够使存储电荷翻倍。另一种思考方式是思考电池的“心脏”——电极/电解质界面。在所有环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大。发表在最新一期美国能源学术期刊《焦耳》上的研究表明，中国复旦大学化学系和新能源研究所教授夏永耀带领团队开发了一种新型的耐寒电池，其中使用了极低温度下具有低冰点和导电性的乙酸乙酯作为电解质，并且使用两种有机化合物分别作为阴极和阳极。夏永耀说：“乙酸乙酯电解质和有机聚合物电极使可充电电池能够在零下70摄氏度的极低温度下工作。”新型电池的材料丰富、便宜且环保。他预测，这种材料的价格仅为传统锂电池电极材料的三分之一左右。你知道，在俄罗斯和加拿大等极寒地区，气温低于50摄氏度；在太空中，温度低至零下157摄氏度。然而，传统锂电池在零下20摄氏度时的性能仅为其最佳水平的50%，在零下40摄氏度时仅为其最优水平的12%。夏永耀向记者强调，新型电池仍处于实验室阶段，实现商业化的主要挑战是该电池的单位质量能量与商业化的锂电池仍有差距，生产工艺有待优化，但具有显著的应用潜力。因此，他的团队正在努力克服这个问题。有网友建议，“有特殊要求的专业电池不一定要取代现有的锂电池，而是完全可以发挥差异化的市场策略，体现其在军事、工业等特殊环境中的用途。”使用石墨烯材料的电池表现良好。由于锂电池技术遇到瓶颈，人们想到了一些其他方法来间接有效地解决用户对电池寿命的需求。在这项研究中，发现使用石墨烯材料的电池表现良好。在第57届日本电池大会上，华为以“华为能源”的名义发布了一款由石墨烯制成的锂电池，展示了该电池的快速充电技术。3000毫安时的电池只需5分钟就可以充电到48%的电量，这无疑比高通的快速充电技术和OPPO的VOOC闪充技术更令人兴奋。此外，与传统的锂离子电池相比，该电池具有寿命长、耐高温等诸多优异特性。据介绍，使用石墨烯材料的电池的主要优点是使用寿命和充电速度。经测试，石墨烯电池2000次充放电后的衰减率小于15%，与普通锂电池相比约为40-80%。它可以在5000毫安时的充电速度下在半小时内充满电，如果电路设计合适，理论上可以在5秒内充满电。华为在电解液中添加了高温抗分解添加剂，并与具有高温稳定性的大型单晶阴极合作，大大提高了电池的热稳定性。同时，利用石墨烯的高效散热特性，在相同的工作条件下，电池温度降低了5℃。目前，随着电子产品的便携化发展，电池也在朝着体积小、重量轻、比能高的方向发展；

对于电动汽车的应用来说，高比体积能也意味着具有一定体积的电池可以填充更多的活性物质。因此，在实际应用中，质量比能量更重要，体积比能量更为重要。1月26日，《自然通讯》在线发表了天津大学化工学院杨全红教授的研究成果。在石墨烯的密集组装中，巧妙地应用了类似变形金刚的“硫模板”，实现了对活性物质包裹的碳笼尺寸和形状的精确设计，从而大大提高了锂离子电池的体积能量密度，使其成为“更小”的可能。“需要指出的是，有一种说法叫‘石墨烯电池’，既不科学，也不严谨。更客观地说，应该是‘使用石墨烯材料的电池’。石墨烯是一种‘软到薄’的碳材料。在石墨烯的添加或辅助下，一些传统碳材料或传统技术难以实现的功能可能会实现ed，并且有时电池性能的微小改进对于实际应用是非常重要的。杨全红告诉记者。“使用石墨烯材料的电池“石墨烯本身是一种锂电池或其他电介质电池。石墨烯本身不能储存电能，其主要功能是分离电池的双极材料，使电子能够容易地通过，使电池的内阻非常小，这就是它充电快的原因。从目前的科学研究结果来看，电池的性能石墨烯的de比锂电池好得多，尤其是在电池功率特性、容量和寿命方面。然而，中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李一春告诉记者，“目前石墨烯电池的技术研究大多处于实验室阶段，尚未达到实际应用，距离量产还有很长的路要走。“超级电容器技术值得期待”据外媒报道，英国两所大学的研究人员发现了一种新型超级电容器材料，它不仅可以将充电时间缩短到10分钟以下，还可以将能量密度提高到180Wh/kg，高于目前锂电池的100-120Wh/kg。今年1月r、 南京科技大学格莱特纳米技术研究所的夏辉教授的研究小组还发现了一种可以将超级电容器的电容增加5-10倍的新材料。与传统化学电池相比，超级电容器以其大容量、高功率、长寿命、低成本和环保等优越的财产而著称，具有广阔的应用前景。随着技术的不断发展，其应用范围已从最初的电子设备领域扩展到电力和储能领域。据介绍，超级电容器之所以被称为“超级”，是因为它是一种介于传统电容器和电池之间具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容器电荷来储存电能。然而，储能过程中没有化学反应，而且这种储能过程是可逆的，正是因为这种超级电容器可以重复充电和放电数十万次。它将能量存储在分离的电荷中，存储电荷的面积越大，分离的电荷越密集，其电容就越大。因此，与传统电容器相比，其巨大的表面积和非常小的电荷分离距离使其具有惊人的大静电容量。当应用于轨道车辆的制动时，超级电容器可以存储回收的制动能量，当车辆再次加速时可以释放，节省30%的能量。同时，每辆车有两个系统，单个系统的功率增加到300kw。在国外混合动力汽车中使用超级电容器技术是有先例的。它可以在短时间内提供和吸收大功率，并且具有高能量回收效率、高充放电次数、长循环寿命和宽工作温度范围；

所使用的基本材料也非常便宜，适合频繁加速和减速的城市交通条件。一些科学家说，电池技术可以说是一门“混乱的艺术”。它之所以发展如此缓慢，很大程度上是因为几乎每一个微小的进步或变化都需要大量的实验和测试来确保安全性和稳定性。即使你找到了一种有助于提高能量密度的材料，也不能保证它真的能起作用。因此，电池技术的突破正在路上，请耐心等待。不久前，中国科学家开发了一种可以在零下70摄氏度下使用的锂电池。它有望在未来用于地球上极冷的地区，甚至用于外层空间。这听起来像一枚“炸弹”。据研究人员介绍，这种新型电池使用的材料并不昂贵，也不环保，但商业化还需要一段时间。主要问题是它的能量密度太低，无法与传统锂电池相比。那么，什么时候才能在电池技术上取得革命性突破呢？传统的锂电池技术已经接近瓶颈。“消费电子、汽车和电网存储是目前使用电池的三个主要行业。我将这三个行业称为人们与电池连接的三个领域。每个领域对电池的要求都不同，因此使用的电池可能（有时）非常不同。你口袋里的手机需要一个结实安全的电池，重量和成本不需要考虑太多。对于汽车电池行业来说，需要大量的电池，因此成本、重量和循环寿命（如果新特斯拉需要每两年更换一次新电池，你会疯掉的）变得非常重要。用于在房屋和电网中储存电力的电池不需要高重量或高尺寸。“美国储能研究联合中心研发副主任Winkler Srinivasen说。电子行业几乎每个部门都需要电池，而电池的功率输出和能量寿命也限制了电池的使用。《电力》杂志主编Stifano Passer Lini指出，“电池的发展或进步很大。”比其他领域慢，这是电池的限制。你不能指望电池能为你的手机供电一周或一个月。因为存储在电池中的最大能量是由固有元件决定的。“1991年，索尼推出了第一款商用锂电池，被称为电子设备的主流电池技术。由于锂离子是最轻的碱金属元素，它具有体积小、重量轻、能量密度高的特点，因此很快取代了镍电池。还有其他金属和非金属材料，如磷酸铁、锰锌在锂电池的组成材料中，硒、石墨、钛酸盐等，但只有通过在正负电极中插入和提取元素“锂离子”才能实现电能和化学能之间的相互转换，最终才能完成充放电过程。然而，锂电池的技术进步发展缓慢。目前，锂离子电池在能量密度、高低温特性和倍率性能方面远高于铅酸和镍氢电池，但仍难以满足快速增长的电子产品和电动汽车的需求。近年来，研究人员努力提高锂电池的能量密度（体积容量比）、价值、安全性、环境影响和试用寿命，并正在设计新型电池。然而，Passer Rini表示，传统的锂电池技术已经接近瓶颈，进一步优化的空间有限。创新理念催生新电池。目前，科学家们正在努力开发储能更强、寿命更长的新型电池，特别是在不同领域开发更合适的电池，因为没有一种电池可以应用于所有领域。在汽车行业，电池最终决定了汽车的寿命，也决定了人们对电动汽车的恐惧和焦虑。为了解决这个问题，工程师和科学家们正试图在电池中注入更多的电压容量。目前，大量研究致力于寻找新的材料和化学物质来帮助或取代锂离子晶格或电池的其他部件。例如，一些创新的方法，取代传统的石墨阳极latt……

e与硅相比，会有10倍以上的锂离子，但硅在吸收锂离子时会膨胀，因此研究人员需要解决这个问题；锂金属被用作阳极而不是晶格，但充电时可能会短路。这是一个长期存在的问题，自从锂电池问世二三十年以来，这个问题一直让电池制造商头疼。也许锂可以被完全取代？例如，钠或镁，或其他材料。国外的一个联合储能研究中心正在使用计算机建模来研究使用特定的氧化物材料作为与镁阳极相对应的阴极。镁是非常有利的，因为它的结构允许每个原子接受两个电子，这使镁能够使存储电荷翻倍。另一种思考方式是思考电池的“心脏”——电极/电解质界面。在所有环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大。发表在最新一期美国能源学术期刊《焦耳》上的研究表明，中国复旦大学化学系和新能源研究所教授夏永耀带领团队开发了一种新型的耐寒电池，其中使用了极低温度下具有低冰点和导电性的乙酸乙酯作为电解质，并且使用两种有机化合物分别作为阴极和阳极。夏永耀说：“乙酸乙酯电解质和有机聚合物电极使可充电电池能够在零下70摄氏度的极低温度下工作。”新型电池的材料丰富、便宜且环保。他预测，这种材料的价格仅为传统锂电池电极材料的三分之一左右。你知道，在俄罗斯和加拿大等极寒地区，气温低于50摄氏度；在太空中，温度低至零下157摄氏度。然而，传统锂电池在零下20摄氏度时的性能仅为其最佳水平的50%，在零下40摄氏度时仅为其最优水平的12%。夏永耀向记者强调，新型电池仍处于实验室阶段，实现商业化的主要挑战是该电池的单位质量能量与商业化的锂电池仍有差距，生产工艺有待优化，但具有显著的应用潜力。因此，他的团队正在努力克服这个问题。有网友建议，“有特殊要求的专业电池不一定要取代现有的锂电池，而是完全可以发挥差异化的市场策略，体现其在军事、工业等特殊环境中的用途。”使用石墨烯材料的电池表现良好。由于锂电池技术遇到瓶颈，人们想到了一些其他方法来间接有效地解决用户对电池寿命的需求。在这项研究中，发现使用石墨烯材料的电池表现良好。在第57届日本电池大会上，华为以“华为能源”的名义发布了一款由石墨烯制成的锂电池，展示了该电池的快速充电技术。3000毫安时的电池只需5分钟就可以充电到48%的电量，这无疑比高通的快速充电技术和OPPO的VOOC闪充技术更令人兴奋。此外，与传统的锂离子电池相比，该电池具有寿命长、耐高温等诸多优异特性。据介绍，使用石墨烯材料的电池的主要优点是使用寿命和充电速度。经测试，石墨烯电池2000次充放电后的衰减率小于15%，与普通锂电池相比约为40-80%。它可以在5000毫安时的充电速度下在半小时内充满电，如果电路设计合适，理论上可以在5秒内充满电。华为在电解液中添加了高温抗分解添加剂，并与具有高温稳定性的大型单晶阴极合作，大大提高了电池的热稳定性。同时，利用石墨烯的高效散热特性，在相同的工作条件下，电池温度降低了5℃。目前，随着电子产品的便携化发展，电池也在朝着体积小、重量轻、比能高的方向发展；

对于电动汽车的应用来说，高比体积能也意味着具有一定体积的电池可以填充更多的活性物质。因此，在实际应用中，质量比能量更重要，体积比能量更为重要。1月26日，《自然通讯》在线发表了天津大学化工学院杨全红教授的研究成果。在石墨烯的密集组装中，巧妙地应用了类似变形金刚的“硫模板”，实现了对活性物质包裹的碳笼尺寸和形状的精确设计，从而大大提高了锂离子电池的体积能量密度，使其成为“更小”的可能。“需要指出的是，有一种说法叫‘石墨烯电池’，既不科学，也不严谨。更客观地说，应该是‘使用石墨烯材料的电池’。石墨烯是一种‘软到薄’的碳材料。在石墨烯的添加或辅助下，一些传统碳材料或传统技术难以实现的功能可能会实现ed，并且有时电池性能的微小改进对于实际应用是非常重要的。杨全红告诉记者。“使用石墨烯材料的电池“石墨烯本身是一种锂电池或其他电介质电池。石墨烯本身不能储存电能，其主要功能是分离电池的双极材料，使电子能够容易地通过，使电池的内阻非常小，这就是它充电快的原因。从目前的科学研究结果来看，电池的性能石墨烯的de比锂电池好得多，尤其是在电池功率特性、容量和寿命方面。然而，中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李一春告诉记者，“目前石墨烯电池的技术研究大多处于实验室阶段，尚未达到实际应用，距离量产还有很长的路要走。“超级电容器技术值得期待”据外媒报道，英国两所大学的研究人员发现了一种新型超级电容器材料，它不仅可以将充电时间缩短到10分钟以下，还可以将能量密度提高到180Wh/kg，高于目前锂电池的100-120Wh/kg。今年1月r、 南京科技大学格莱特纳米技术研究所的夏辉教授的研究小组还发现了一种可以将超级电容器的电容增加5-10倍的新材料。与传统化学电池相比，超级电容器以其大容量、高功率、长寿命、低成本和环保等优越的财产而著称，具有广阔的应用前景。随着技术的不断发展，其应用范围已从最初的电子设备领域扩展到电力和储能领域。据介绍，超级电容器之所以被称为“超级”，是因为它是一种介于传统电容器和电池之间具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容器电荷来储存电能。然而，储能过程中没有化学反应，而且这种储能过程是可逆的，正是因为这种超级电容器可以重复充电和放电数十万次。它将能量存储在分离的电荷中，存储电荷的面积越大，分离的电荷越密集，其电容就越大。因此，与传统电容器相比，其巨大的表面积和非常小的电荷分离距离使其具有惊人的大静电容量。当应用于轨道车辆的制动时，超级电容器可以存储回收的制动能量，当车辆再次加速时可以释放，节省30%的能量。同时，每辆车有两个系统，单个系统的功率增加到300kw。在国外混合动力汽车中使用超级电容器技术是有先例的。它可以在短时间内提供和吸收大功率，并且具有高能量回收效率、高充放电次数、长循环寿命和宽工作温度范围；

所使用的基本材料也非常便宜，适合频繁加速和减速的城市交通条件。一些科学家说，电池技术可以说是一门“混乱的艺术”。它之所以发展如此缓慢，很大程度上是因为几乎每一个微小的进步或变化都需要大量的实验和测试来确保安全性和稳定性。即使你找到了一种有助于提高能量密度的材料，也不能保证它真的能起作用。因此，电池技术的突破正在路上，请耐心等待。

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