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燃料電池有什么發展前景?

鉅大LARGE  |  點擊量:862次  |  2018年06月28日  

摘要
中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團隊成功研發出一種一體化結構設計的柔性超快充放電池,這種新型結構設計顯著提升了電池的快充快放特性,同時保持了高的能量密度和循環性能。

中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團隊成功研發出一種一體化結構設計的柔性超快充放電池,這種新型結構設計顯著提升了電池的快充快放特性,同時保持了高的能量密度和循環性能。


這種新型電池結構設計簡化了傳統鋰離子電池的制造工序,并大幅提升了電池的快充快放能力,該新型電池具有120C(充放電時間約為30秒)的超高倍率性能,電池在獲得22634W/kg超高功率密度的同時,依然可以保持232Wh/kg的高能量密度。


該研究成果有望應用于柔性可穿戴電子器件、無人機、機器人等領域,其一體化柔性結構設計思路對提升其他儲能器件的快充快放性能也具有指導意義。


鋁空氣電池


中科院寧波工業技術研究所研制出基于石墨烯空氣陰極的千瓦級鋁空氣電池發電系統。該電池系統可同時為一臺電視機、一臺電腦、一臺電風扇以及10個60瓦照明燈泡同時供電,初步驗證了鋁空氣電池系統的發電供電能力,是新能源和新材料領域的一項重大突破。


高級工程師薛業建介紹,以石墨烯基復合氧化物為催化劑的鋁空氣電池有很大的市場空間,鋁空氣電池的核心材料是摻雜石墨烯的陰極催化劑。該產品采用鋁板作為陽極,插入石墨烯基復合催化劑的空氣陰極于裝有電解液的容器中,鋁與空氣發生反應就產出電能。這款鋁空氣電池目前已擁有22項國家專利,以后將可用于電動汽車、通訊基站等各個領域。


如果用于新能源汽車上,可以使車身輕盈,并大大提高續航里程。如果用于手機充電寶上,則可以大大提高輸出電量。一些通訊基站如果采用這種電池,優勢也是顯而易見的,現在我國的通訊基站用的是鉛酸電池,全國的通訊基站大概需要一千萬組鉛酸電池,每兩三年換一次,對一些偏遠地區來說更新比較困難,而鋁空氣電池有15至20年的使用壽命,可以在很大程度上解決這一難題。


據悉,鋁空氣電池日后還可用到馬燈、航空標燈上,出海人員遇到緊急缺電時,以石墨烯基復合氧化物為催化劑的這款電池,舀點海水接上電線,就可以發電。這對一些驢友來說,也可以使旅程變得更加安全。


石墨烯超級電容器


還記得全球首個利用石墨烯開發的超級電容移動電源Zap&Go嗎?那可是真正的充電5分鐘,通話1小時啊。如今,它的開發公司Zapgo要進軍中國市場了!于近日正式與株洲立方新能源科技有限責任公司(以下簡稱立方新能源)簽訂了合作協議,確定將共同開發“Carbon-Ion”石墨烯超級電容器。


石墨烯于2004年問世,是目前已知的最薄、強度最大、導電導熱性能最好的一種新型納米材料,是頭發絲的20萬分之一,強度是鋼的200倍。被稱為“黑金”、“新材料之王”,有學者曾說:“19世紀是鐵器的時代,20世紀是硅的時代,21世紀是碳的時代?!倍┚褪翘嫉拇聿牧?。


科學家甚至預言它將“徹底改變21世紀”,其應用領域幾乎無所不及,包括生物醫藥領域、物理分離領域、軍事用途領域以及鋰電池領域等等。


此次Zapgo有限公司與立方新能源合作讓全球新能源產業鏈的相關人士看到了新的曙光,新的未來,因為石墨烯多領域的優質特性:堅固耐磨損、良好的導熱性與導電性(充電速度會更快)、耐高溫、低溫性,據悉,石墨烯能在-30~80℃的環境下自由工作,一旦“石墨烯超級電容器”真正問世,必將全盤顛覆新能源格局。


但同時也有兩個問題擺在眼前:首先是石墨烯成本高、可量產性低,石墨烯堪比黃金的價格,就算真的全部做成電極材料誰能用的起?其次就是是否能夠提供成批穩定性的產品,量產滿足行業需求。只要這兩大問題解決了,新能源行業必將顛覆世人的想象。


無膜電池


美國普渡大學的科研人員開發了一種新型無膜流動電池,能實現快充效果。該電池利用液態電解質作為電池液,當電池電量耗盡時,駕駛人員只需更換用新的的電池液就可以快速充電了。


意想不到的是,使用過的電池液可以被收集起來,批量送到發電站再次進行充電,變成電解質,循環利用。


無膜電池的酷不僅于此。采用這款無膜電池給汽車充電,不僅節約駕駛員的時間,而且還不需要修建大規模的充電基礎設施,節省公共資源又免去了電動汽車依賴充電樁或充電站的麻煩。


無膜電池還有一個優點。車友都知道,電池膜一旦污染不僅會縮短電池壽命,而且可能會引發火災,而這款電池組件就很好的避免了這個問題,其性能穩定,安全性高,可安裝在住宅內。最關鍵的是,這種電池能達到生產和銷售的要求,成本不高。


對于這款未來感十足且成本不高的無膜電池,是不是有些迫不及待了,讓我們靜待其正式吧!


鋰玻璃電池


鋰玻璃電池是現年94歲的JohnGoodenough(德州大學奧斯汀分校的機械工程和材料科學教授)和他的工程師團隊,在德州州立大學奧斯汀分校研發出來的。JohnGoodenough是鋰離子電池的共同發明人。


鋰玻璃電池不僅將鋰離子的能量密度翻了三倍,它還能在幾分鐘內重新快速充電,而且可充電周期超過幾千次。


其與三元鋰電池不同的是,鋰玻璃電池在零下的極端天氣也表現出色,不會像三元鋰電池一樣易燃,關鍵之處就在于使用的固體玻璃電解質,而不是鋰電池常用的液態電解質。因為液態電池充電速度過快,容易造成短路或起火,而固體的電解質則降低了電路板短路的風險,成為更安全的選擇。


更重要的是,固體玻璃電解質所用的材料不僅成本非常低,而且還可持續利用。其材料為廉價的鹽,而鹽可以從廣泛可得的海水中提取,這就使得鋰玻璃電池成為了一種更加環保的電池,一旦正式引入到動力電池市場當中來,將會解決動力電池行業成本壓力過高的問題。但這項新技術仍需幾年時間,才能正式引入商業市場。


10秒快充電池


麻省理工學院研究人員發明了一項充電材料表面處理技術,采用新技術的鋰離子電池可在幾秒內完成充電。


一塊鋰電池完成充電一般需要6分鐘或更長的時間。但傳統的磷酸鐵鋰材料在經過表面處理生成納米級溝槽后,可將電池的充電速度提升36倍(僅為10秒)。


采用該項技術的鋰電池亦具有高放電速度,因此可用于油電混合汽車的加速,使油電混合汽車的速度可趕上采用汽油發動機的汽車。


研究人員表示,今后采用這一技術的手機和其他小型裝置用鋰電池將可在幾秒內完成充電。對于新興的電動汽車行業來講,這意味著屆時電動汽車的車速將可以提升到與燃氣汽車相媲美。


將這項充電技術用于現有鋰電池基材并推出產品需要兩年時間,在此期間可對用于電動汽車(electriccar)的家用充電器進行重新設計以使其能處理能量的快速傳送。對于電動汽車來講,車用電池在家中的充電速度不僅受到電池本身的限制也受業主家中電力情況的限制。


迄今為止的測試表明,磷酸鐵鋰材料經納米級表面處理之后和塊體材料一樣持久耐用,可以重復充電和放電而不會因老化影響充電效果。


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