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2019年电池领域6大突破性进展

回顾2019年,我们见证了可以在10分钟内给电动汽车充电的技术,可以将二氧化碳从空中吸走的电池,以及世界上最大的电池……电池技术的神奇作用哪里又是一下能探索穷尽的呢?今天,一起来看看《科学》总结的2019年电池行业6大突破性进展:

1、高温条件下可充电的电池

宾夕法尼亚州立大学的新型快速充电电池设计用于在140°F(60°C)的温度下加热仅10分钟,然后迅速冷却至环境温度。

理想情况下,为我们的移动设备和电动汽车供电的锂电子电池在充电时需要保持在一定的温度范围内,否则会存在退化的风险,并且使用寿命会短得多。但是,如果我们能够安全地进行充电,则可以在较高温度下实现这一操作,并从中获益甚多——比如大大缩短充电需要的时间。

今年10月,宾夕法尼亚州立大学的一个研究人员团队演示了一种新型电池来吸收热量。科学家通常认为在60°C(140°F)左右给电池充电是不当的,但该研究中,他们的设备仅在10分钟内就可以达到这些温度,然后迅速冷却,直至有害影响得以遏制。

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(图源:宾夕法尼亚州立大学)

突破的重点是薄的镍箔,科学家将其附着在电池的负极端子上,以使其在电子流过时迅速变暖,然后再次迅速冷却。通过这种方法,团队可以在1,700个循环中的这些温度下安全地为电池充电。科学家说,这样做的效率如此之高,相当于在短短10分钟内为200至300英里(320至480公里)范围内的电动汽车充电。

2、可吸收二氧化碳的电池

今年10月,麻省理工学院的一个研究人员团队演示了一种新型电池,该电池具有从周围空气中收集二氧化碳的能力。该设备被称为电摆电池,它使用一堆电极涂覆了称为聚蒽醌的化合物,从而使它们能够吸收恰好在附近的CO2分子。

当电池充电时,该过程自然发生,直到电极充满CO2。此时,可以将其释放以释放CO2分子,以供收集和用作工业产品。该小组表示,实验室的测试表明,电池可以持续7,000个充电周期,耗能下降30%。现在,它把目光投向了20,000-50,000个周期。

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上图就是麻省理工学院(MIT)的新设备。可以将空气或烟道气泵入设备(底部),该设备从其中捕获二氧化碳(红色),仅剩下新鲜空气(蓝色)出来。设备装满后,可以将其冲洗掉并捕获为纯净的二氧化碳以用于工业用途。(图源:MIT)

3、第一个能够完全可重复充电的锂-二氧化碳电池

寻找新的和改进的电池设计需要探索新成分的潜力,而一位科学家一直在探索二氧化碳。锂-二氧化碳电池的能量密度是锂离子电池的7倍以上,但是到目前为止,开发出可以反复充电的版本非常困难。

这是因为在充电过程中,电池催化剂上会积碳过多。9月,伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)的科学家报告了解决此问题的方法,证明了他们所称的第一个能够完全充电的锂-二氧化碳电池。

该电池利用内置在阴极中的二硫化钼的“纳米片”以及由离子液体和二甲基亚砜组成的混合电解质。这种材料组合防止了碳在催化剂上的复杂堆积,并使电池能够在500个连续循环中进行充电。

芝加哥伊利诺伊大学在电池化学方面的这一突破,可能会带来更绿色的储能设备。

4、具有熔融硅核心的电网级储能

风能和太阳能等可再生能源可以产生大量电力,但它会存储该电力,以备不时之需。早在4月,澳大利亚初创公司Climate Change Technologies(CCT)推出了它认为是一种解决方案的解决方案,它是一种比标准的锂离子供电电网存储方案更有效的解决方案。

其热能设备(TED)被称为世界上第一个可工作的热电池。它是一种模块化电池,可以从任何来源馈电,并用它来熔化绝缘室内的硅。然后,热机可以根据需要提取此能量以供使用,每个TED盒都可以存储1.2 MWh,而各个单元都可以连接起来,以制造尺寸可能不受限制的电池。

根据CCT,该系统的一大优点是熔融硅不会像锂那样降解。在测试中,该公司表示其电池在3,000个测试循环中均未显示出退化迹象,并且预计它们可以使用20年或更长时间。除了使用寿命长之外,据称TED电池每单位容量可存储的能量是锂离子电池的六倍,价格约为其价格的60%-80%。

5、能量密度翻倍更“轻巧”的锂离子电池

锂离子电池可以携带足够的能量来维持您的手机一天的工作时间,或者通过咖啡馆的笔记本电脑为笔记本电脑供电,但用于运输时会受到限制。这是因为与传统燃料相比,汽车和飞机上内置电池的能量密度还是远远不够,这意味着如果电池体积和重量达不到一定程度往往就很难持续长途飞行。

上个月,通过澳大利亚迪肯大学前沿材料研究所提出了一个有希望的方案。科学家们演示了一种新型电池,该电池具有由市售聚合物制成的固体电解质。据相关人士称,这构成了“科学界中无液体和高效地运输锂离子的第一个清晰有用的例子”。

通过避开容易着火的挥发性液体电解质,电池应该更安全,但其潜力并没有止于此。研究人员说,这种类型的设计最终还将允许使用锂金属阳极,这可以使锂电池的密度增加一倍。这可能会带动电动汽车、电动飞机实现更远、更持续的航程。

6)全球最大的电池明年将增长50%

2017年,特斯拉赢得了建造世界上最大的锂离子电池的合同,为南澳大利亚州提供了129 MWh的额外存储容量,最大输出功率为100MW。

如今,Neoen和南澳大利亚州政府已经与特斯拉达成了另一项协议,进一步增加了64.5 MWh的容量和50 MW的输出,这将使世界上最大的电池尺寸增加约50%。升级计划于2020年中期进行。

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