鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1957次 | 2018年05月20日
鋰電池新突破:2分鐘內(nèi)充電70%
鋰電池是大家非常熟悉的電子產(chǎn)品,目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦及電動(dòng)汽車(chē)等產(chǎn)品。不過(guò),鋰電池的聲譽(yù)也為充電時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命短等頑疾所困。近日,新加坡南洋理工大學(xué)研究小組發(fā)明了一種新型快速充電電池,能在2分鐘內(nèi)充電70%,且使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年,是當(dāng)前電池使用壽命的10倍。
鋰電池主要由正極材料(如鋰鈷氧)、電解液和負(fù)極材料(如石墨)組成。每當(dāng)充電時(shí),鋰離子從正極材料鋰鈷氧晶格中脫出,經(jīng)過(guò)電解液后嵌入到層狀石墨中;放電時(shí),鋰離子又從層狀石墨的晶格中脫出,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)后嵌入到鋰鈷氧中。在電池充放電的過(guò)程中,鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回轉(zhuǎn)移,所以鋰電池也被形象地稱為“搖椅電池”。近年來(lái),科學(xué)家們對(duì)新型鋰電池、尤其是高容量的鋰硫、鋰氧電池以及納米硅電池的研發(fā)呈井噴態(tài)勢(shì),但由于合成工藝復(fù)雜、成本高、循環(huán)壽命短等原因,很多成果沒(méi)能得到普及。
傳統(tǒng)鋰離子電池無(wú)法進(jìn)行快速充電,主要受限于石墨電極的安全性能,并且電池工作時(shí)會(huì)在電極表面形成一層固體電解質(zhì)膜,阻擋了鋰離子的“腳步”,進(jìn)而減慢了鋰離子的運(yùn)輸速度。最新發(fā)明的新型鋰電池的創(chuàng)新點(diǎn)在于,它使用超長(zhǎng)的二氧化鈦納米管凝膠而非傳統(tǒng)的石墨材料作為電池負(fù)極。這種新型材料不會(huì)形成電解質(zhì)膜,鋰離子可以飛速嵌入,進(jìn)而達(dá)到快速充電效果。同時(shí),得益于一維二氧化鈦納米凝膠的特殊結(jié)構(gòu),新型電池實(shí)現(xiàn)了壽命的突破,循環(huán)次數(shù)可達(dá)上萬(wàn)次。假設(shè)一天充電一次,可使用20多年。而且,此項(xiàng)研究所使用的二氧化鈦(俗稱鈦白粉)原料成本低且易于加工,電池重復(fù)性好,可靠性也高,而且能與現(xiàn)有工藝無(wú)縫銜接,其工業(yè)化應(yīng)用前景十分光明。
鋰電池出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代,1991年,索尼公司發(fā)布了首個(gè)商用鋰電池,自此革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。盡管鋰電池應(yīng)用越來(lái)越廣,但其續(xù)航能力和使用壽命一直未得到有效突破,也制約了電動(dòng)汽車(chē)等行業(yè)的快速發(fā)展。這項(xiàng)新的技術(shù)突破會(huì)給很多領(lǐng)域帶來(lái)廣泛影響,在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域,新型電池可以避免一些電子設(shè)備的“被迫淘汰”;電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域也將極大受益,不僅充電時(shí)間可由原來(lái)的幾小時(shí)縮短為幾分鐘,用戶也無(wú)需頻繁更換價(jià)格昂貴的電池組(成本約1萬(wàn)美元),這為電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步普及帶來(lái)了利好。
不過(guò),當(dāng)前鋰電池的發(fā)展面臨的一個(gè)瓶頸是:若想提高容量,勢(shì)必要犧牲充電速度和循環(huán)壽命,而提升充電速度又難以維持較高的容量。未來(lái)電池的更新?lián)Q代,一方面需要提高安全性能,比如對(duì)固態(tài)半固態(tài)電解液的研究,另一方面,需加快大容量正極材料的研發(fā),實(shí)現(xiàn)鋰電池在能量密度上的突破。總之,電池的正負(fù)極以及電解液材料需要協(xié)同并進(jìn)發(fā)展,這樣才能夠在形態(tài)、容量等方面有更大的進(jìn)步。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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