解析雙離子電池：又一次電池革命？

時間:2016-04-22 09:24來源:PConline 作者:西顧
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　　智能手機(jī)發(fā)展到今天，屏幕在升級，處理器在升級，攝像頭在升級，工藝在升級，而且這些升級相比十年前都堪稱是革命性的，但手機(jī)上卻有一個非常重要的配件，它直接制約著手機(jī)的續(xù)航，但經(jīng)過了這么多年，卻仍然沒有過一次革命性的升級發(fā)生在它身上，它，就是電池。
 
　　其實不止是手機(jī)，現(xiàn)在的相機(jī)、電動汽車都是采用的鋰電池，鋰電池的特點是制造成本高、續(xù)航時間低，如今，這一現(xiàn)象有望得到徹底改變，因為世界首創(chuàng)的新型雙離子電池在深圳誕生了，那么，究竟什么是雙離子電池呢？
 
　　雙離子電池：手機(jī)一天一充的時代或?qū)⒔Y(jié)束
 
　　所謂“雙離子電池”是把傳統(tǒng)鋰離子電池的正負(fù)極進(jìn)行了調(diào)整，用廉價且易得的石墨替代目前已批量應(yīng)用于鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元或磷酸鐵鋰作為電池的正極材料；采用鋁箔同時作為電池負(fù)極材料和負(fù)極集流體；電解液由常規(guī)鋰鹽和碳酸酯類有機(jī)溶劑組成。
 
　　雙離子電池的工作原理也有別于傳統(tǒng)鋰離子電池，充電過程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負(fù)極發(fā)生鋁-鋰合金化反應(yīng)，放電過程則相反。這種新型反應(yīng)機(jī)理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時大幅降低電池的質(zhì)量、體積及制造成本，從而全面提升了電池的能量密度，從而提高電池的續(xù)航時間。
 
　　目前還有哪些新型電池技術(shù)
 
　　那么除了雙離子電池，市場上目前還有哪些關(guān)于新型電池的技術(shù)呢？為什么我們沒有在自己的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)上看到這些電池的身影呢？
 
　　量子電池
 
　　我們經(jīng)常在好萊塢科幻片聽到“量子”這個詞，給人一種不明覺厲的感覺。而要了解量子電池，我們先從熟悉的地方說起。現(xiàn)階段，我們能見到的所有蓄電池技術(shù)，它們都是遵從經(jīng)典力學(xué)的（如牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律等）。這一標(biāo)準(zhǔn)在很長一段時間內(nèi)都是準(zhǔn)確的，但是隨著科學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，對于一些微觀狀態(tài)的物體（原子和亞原子），經(jīng)典力學(xué)是不起作用的，這時我們就需要新的規(guī)則--量子力學(xué)了。
 
        在量子信息中，一個量子比特可以用布洛赫球面來表示，科學(xué)家可以從中獲得量子電池的最大平均功率。當(dāng)量子電池進(jìn)行充電時，其決定了充電時間的長短，該原理也可以用于描述量子電池的工作原理。與傳統(tǒng)電池所不同的是，量子電池的充電速度由量子位決定，量子位越多，充電速度越快。從宏觀上看，一個量子位的充電時間為一個小時，那么六個聯(lián)合工作時就只要10分鐘，這一技術(shù)如果用于手機(jī)充電，可大大縮短充電時間。
 
　　然而，雖然鋰離子電池發(fā)展緩慢，能量密度增長乏力，但至今也發(fā)展出了700Wh/L能量密度以上的鋰電，而目前的量子電池能量密度最高僅為500Wh/L，而且如果沒有技術(shù)性突破，能量密度很難大幅提高。
 
　　石墨烯電池
 
　　石墨烯電池是一種利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，所開發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯是從石墨當(dāng)中提煉出來的一種新型材質(zhì)，具備高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性。通過這種材質(zhì)，鋰離子可以在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動，因此石墨烯電池能夠?qū)讉�小時的充電時間濃縮為幾分鐘。
 
　　不過如果只是加快手機(jī)的充電速度，那么石墨烯電池便與前文所提到的那款智能芯片沒有多大區(qū)別了。采用分孔石墨烯作為鋰電池電極的方式，不僅能夠濃縮充電時間，還能夠有效提升電池容量，這是鋰空氣電池內(nèi)部構(gòu)造的初步原理。華為創(chuàng)始人任正非此前曾多次公開表示：這個時代將來最大的顛覆是石墨烯時代將顛覆硅時代，且未來10年至20年內(nèi)將爆發(fā)一場技術(shù)革命。
 
　　然而，制備技術(shù)難題仍然是阻擋石墨烯電池走向市場的攔路虎，無法兼顧成本、質(zhì)量和產(chǎn)率，到現(xiàn)在，科學(xué)家們還在積極尋找適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的制備工藝。
 
　　氫燃料電池
 
　　氫燃料電池基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽極板（負(fù)極），經(jīng)過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲能，確切的講應(yīng)該稱為氫發(fā)電裝置。
 
　　其實氫燃料電池早已不是什么全新的技術(shù)，20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。
 
　　總結(jié)
 
　　雖然以上這些電池技術(shù)都還沒有應(yīng)用于大眾市場，但小編相信，科技的發(fā)展會逐漸解決這些問題，或許在不久的將來，我們就能看到各種“黑科技”的電池應(yīng)用于智能手機(jī)和電動汽車了，而在此之前，鋰電池仍然是我們最好的選擇。
 
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