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鋰電池智能充電過程及其發展方向淺析

鉅大LARGE  |  點擊量:5894次  |  2018年11月21日  

摘要
近年來,科學技術的創新使得電子技術突飛猛進,進而使得各項電子產品也朝著便攜式-小型化發展,大部分電器也取代了傳統的直供電轉向了電池供電系統。常用鋰電池的充電過程,結合鋰電池發展技術,分析了鋰電池的發展歷史及其現狀。

近年來,科學技術的創新使得電子技術突飛猛進,進而使得各項電子產品也朝著便攜式-小型化發展,大部分電器也取代了傳統的直供電轉向了電池供電系統。常用鋰電池的充電過程,結合鋰電池發展技術,分析了鋰電池的發展歷史及其現狀。


近期,一個新加坡的研究團隊開發了新一代鋰電池技術,只需2分鐘便可充滿70%的電量,意味著只需要15分鐘時間便可給一輛電動汽車完成充電。此外,該技術還具備長達20年的電池壽命。


淺析鋰電池智能充電過程及其發展方向


據報道,新技術并非全新的電池技術,而是在原有技術上,把電池正極通常所使用的石墨材料換為了性價比更高的二氧化鈦凝膠??茖W家發現,把這種化合物制作成納米結構可以加快充電速度。通過這項技術,鋰電池的充電速度可以提升20倍,使用時間能夠延長到20年。


那么這項技術的用途都在哪些領域呢?與我們密切相關的無外乎兩個方面,一是手機,二是電動汽車。智能手機現已基本普及,而電量問題依舊困擾大部分使用者,新的鋰電池技術一經推廣,便能大大節省手機充電時間,提升智能手機用戶的滿意度。


在電動汽車領域,目前國內主要采用鋰電池提供動力。隨著國內霧霾天氣日益嚴重,燃油汽車的污染問題成為促進我國電動汽車行業發展的重要動因。而據前瞻產業研究院發布的《2015-2020年中國鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》分析顯示,現在制約電動汽車發展的一個關鍵問題就是充電時間過長。目前為了保證鋰電池的使用壽命能夠達到2000次左右,必須使用“慢充”模式(充電時間大都在6-8個小時),如此長的等待時間相信對任何一位車主來說都堪稱煎熬。


鋰電池智能充電過程及其發展分析


而新加坡南洋理工大學副教授陳曉東(ChenXiaodong,音譯)表示:“借助我們的納米技術,電動汽車只需5分鐘即可大幅增加續航里程,這可以比拼目前的汽車所耗費的加油時間?!币虼?,新一代鋰電池技術將為動力汽車的推廣掃清前進的障礙,促進電動汽車的推廣使用。與此同時,隨著電動汽車的普及,也必將會反過來帶動鋰電池的進一步發展。


資料來源:前瞻產業研究院整理


此項新技術若能盡快投入市場,則將有力保障我國近年來的動力汽車推廣計劃,同時亦將推動智能手機的發展完善,二者將帶來巨大的經濟效益。筆者認為,國內鋰電池企業也應著力從技術層面出發,做大做強本國的鋰電池產業,享受技術創新帶來的巨大效益。


拓展閱讀:鋰電池發展現狀分析


在智能電子設備成為人們的口袋新寵之后,如何讓這個“寵物”活久一點兒成為一個大問題。對于很多人來說,智能手機一天一充電已經不是什么稀奇事了,當然,手機如果有內心,也一定是崩潰的,這可真是一天一個輪回呀,直至“過勞死”呀!如果現在有人告訴你,有種電池能夠讓你的智能玩伴超長待機一星期,估計大家的反應會出奇一致,買買買全都買!


近日三星宣布將推出一款新型鋰電池,能夠有效延長電池的續航能力,徹底拋棄以前一天一充電的情況,將續航時長延伸至21個小時。這種電池在密度上比傳統電池要高1.5到1.8倍,采用硅質陽極和石墨表面,可以一定程度的增加使用壽命。不過這款電池目前還處在實驗階段,但已經讓很多智能產品用戶看到了希望。


淺析鋰電池智能充電過程及其發展方向


回溯到電池的起源,你就會發現從第一只存儲電的粘土瓶到現在的電池塊和芯片電池,這中間的歷程同樣漫長。1932年,考古學家在伊拉克發現了一只用來存儲靜電的粘土瓶,瓶子有上千年歷史,可見人類對電的認識也同樣歷史悠久。不過綜合電池額發展史,我們其實可以看到,促使電池不斷發展的最大動力,是其所使用的材質。


電池的材質變化很大。從“伏特電堆”中的鹽水,到銅電池中的稀硫酸,再到碳鋅電池中的氯化銨、干電池中的糊狀電解液、鐵鎳電池等等,不同的材質所形成的電壓不同,而電池所能夠存儲的電量也是不同的。在不斷的嘗試和實驗中,鋰離子電池問世了,并且成為當下智能電子產品的最佳搭檔。


鋰離子電池發展現狀


鋰電池跟普通電池的區別在于,鋰電池可以循環充電使用。它主要依靠鋰離子在正極與負極之間運動來產生電能,現在很多智能電子產品中所用的電池是鋰離子電池。不過一般用戶都知道,這類智能電子產品的電池都比較嬌氣,不當的使用會直接損傷電池使用壽命和儲電能力,這也解釋了為什么很多智能電子產品以前能夠用三天,現在只能用半天。


鋰離子電池采用碳素材料作為負極,以含鋰的化合物為正極,在電池充電的過程中,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極,同時嵌入負極的碳層微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電的容量越高。三星此次擬推出的新型鋰電池,便是從密度上入手,進行研發技術升級。


跟傳統的電池相比,鋰離子電池已經是開掛一般的存在,不過對用戶來說,鋰離子電池的續航能力弱、容量偏小都是問題。在鋰電池開始遭遇此類尷尬的時候,石墨烯的出現似乎是緩解危機的一大良方。


石墨烯能夠拯救鋰電池?


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,開發出的一種新能源電池。石墨烯具備高導電性、高強度、超輕薄等特性,通過這種材質,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將幾個小時的充電時間濃縮為幾分鐘。


基于此,很多人認為石墨烯會是拯救鋰電池的法寶。不過石墨烯電池的研發成本較高,目前很難做到產品的普及?,F在很多國家都對石墨烯的前景抱有厚望,并紛紛成立石墨烯相關技術研發機構,相信在不久的將來,鋰電池開掛還得靠它。


石墨烯鋰離子電池結構示意


去年曾有新聞報出,西班牙一家公司同西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池,其儲電量是目前市場最好產品的三倍,用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里,而其充電時間不到8分鐘。這類產品的推出,是電池轉型為蓄電池過程中的一個里程碑,如果能夠實現量產,電池的發展又將會進入新篇章。


電池的發展史也是研究者們對不同材質的探索史。鋰電池的出現促進了智能電子設備的發展,而石墨烯是否會是改變鋰電池“短命”現狀的救星,從現在的市場期望來看,這種可能性還是很大的。能源是推動社會發展的根本,反映到用戶身上,也許就是智能電子產品能否超長待機一星期。

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