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科學家在鈉的基礎上提出智能手機用鋰離子電池的替代方法

鉅大LARGE  |  點擊量:46次  |  2020年09月01日  

摘要
據俄羅斯衛星通訊社sputniknews報道,俄羅斯和德國學者們在鈉的基礎上提出了智能手機用鋰離子電池的替代方案。在獲得成功的情況下,將可以制造出比鋰離子電池優越的新一代電池,但價格僅相當于鋰離子電池

據俄羅斯衛星通訊社sputniknews報道,俄羅斯和德國學者們在鈉的基礎上提出了智能手機用鋰離子電池的替代方法。在獲得成功的情況下,將可以制造出比鋰離子電池優越的新一代電池,但價格僅相當于鋰離子電池的幾分之一。研究結果發表在《納米能源》(NanoEnergy)雜志上。


俄羅斯國立研究型技術大學莫斯科國立鋼鐵合金學院(MISIS)、俄羅斯科學院生物化學物理研究所、德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心(Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf,HZDR)的工作人員們弄明白,假如把兩層鈉原子放置在兩層石墨烯之間,就像三明治那樣,那么這種裝置將展示出極高的容量。


我國上海交通大學化學化工學院副研究員李磊在評論新型技術研發成果時向俄羅斯衛星通訊社與廣播電臺表示,盡管價格更低,但鈉電池的容量暫時遜于鋰離子電池。


“與鋰離子電池相比,鈉電池的重要優勢在于其成本,因為鈉鹽原材料儲量豐富,價格低廉,而鋰的儲量在全球是有限的。當然,鈉電池也存在原理上的缺陷。根據元素周期表,鋰排在鈉前面,半徑小于鈉離子,這就導致著鈉離子的電導率相對低于鋰離子,使得最后組裝成電池后的容量也小于鋰離子電池?!?/p>

據美國電腦科技類月刊雜志《連線》(Wired)報道,大多消費者認為內置電池的帶電時間是智能手機的重要特性之一。統計數據證實了人們的電子設備電池經常不夠用的事實——外掛電池(又稱移動電源)的市場容量在2022年前將達到250億美元。


“因此當前科研人員重要致力于研發高儲鈉離子的電極材料,包括新聞背景中提及的研究結果,像這種二維層狀材料的儲鈉離子能力也會比鋰離子的理論容量高一些。不過目前研究尚未能夠完全實現真正的產業化,我想今后還要再進行進一步的探索和嘗試,”——李磊指出。


專家認為,近期預計不會發生“電池革命”。人們到處都在使用鋰離子電池,它們的工作原理很容易讓人理解,生產鏈也安排得井井有條。盡管發表有成百上千的研究成果,花費了數十億美元,幾十個初創公司投入心力,但電池的工作技術在過去30年來確實沒有發生重大變化。


“我們可以看到2019年諾貝爾化學獎頒給了三位科學家,以表彰他們對鋰離子電池研發的卓越貢獻。從鋰離子電池被發明至今已經經過了數十年的發展,技術相比較較成熟,包括其產業鏈、電極材料和中間匹配的電解液隔膜,都是比較成熟的技術,而這也是目前鋰離子電池仍然在廣泛應用的重要原因。技術相比較較成熟,包括其產業鏈、電極材料和中間匹配的電解液隔膜,都是比較成熟的技術,而這也是目前鋰離子電池仍然在廣泛應用的重要原因”。


然而,李磊認為,隨著科技的發展,鋰離子電池逐漸接近自己的技術極限:它們為電動汽車或者復雜的便攜式電子產品等當代科技產品充電時適應不良,但生產鋰離子電池用的資源開采費用卻在持續新增。


“不過目前鋰離子電池的發展也遇到了瓶頸。隨著科技的發展,鋰離子電池已經逐漸無法再很好地滿足人們的一些日常需求,比如電動汽車的續航能力、5G手機的待機時間等等。因此這就要一些新的電池技術,我們也稱之為“后鋰離子電池時代”,比如鈉電池、鋅空電池、鋰硫電池和鋰空氣電池。不過這些新的電池技術目前還沒有達到真正成熟可以安全應用的階段,至于還要等待多長時間,我認為目前還不好預測,因為有時候要出現顛覆性的技術或者材料,才能加速推進研發進程?!?/p>

截至今日的確很難預測,這個領域將在何時取得突破。幾十個公司試圖制造新型電池:改善其容量和服務期限。


特斯拉公司前員工基恩·別爾迪切夫斯基(GeneBerdichevsky)所成立的席拉奈米科技(SilaNanotechnologies)公司2019年推出了一種使用硅粉的電池。硅原子可儲存的鋰比碳原子可儲存的鋰多20倍,相應,這使得制造更強大的電池但不新增其尺寸成為可能。寶馬公司(BMW)的電動汽車未來想引進這一技術。截至今日,席拉奈米科技公司的投資者還有三星公司(Samsung)、我國經緯創投(北京)投資管理顧問有限公司(Matrixpartners)和我國成為資本(ChengweiCapital)。


英國ZapGo公司建議在電池生產中采用碳。它們按照超級電容器的原則運行,在電場中積累能量。但它們無法像普通電池那樣積累那么多的能量,而且非??炀蛦适芰?。


關于英國ZapGo公司的電池來說,或者任何一個在超級電容器基礎上運行的電池來說,還必須有特殊的充電裝置。這種充電裝置能夠從插頭上積累電能,瞬間就把全部電能傳遞給手機。


實際上,盡管有許多新的研究成果,但鋰離子電池目前仍是最常用的電池。按照彭博新能源財經(BloombergNewEnergyFinance)的估計,僅2016年一年,所有售出的鋰離子電池總容量就達到120百瓦小時。這大約是75億個標準手機電池,也就是說幾乎相當于地球人人手一個。


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