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技术 解读“黑科技” 超级电池离我们有多远

发布日期:2017-10-19 |
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导读
        今大家介绍的这几种超级电池都是已经商用了的电池,这些电池目前的主要特点还是在充放电方面比较有优势,而能量密度方面就略有欠缺。
伏打电堆开创电池先河
  相信大家近几年来看到各种超级电池的研发成功或取得重大进步的新闻时候,都会忍不住在下面评论:说了这么多,距离商用还是那么远。各路企业和研究院为我们画了那么多张2020年以后的大饼,难道我们现在真的没办法体验到这些电池黑科技吗?
  实则不然,其实很多“超级电池”早早的就已经开始商用了,只不过制作成民品的话,价格还是显得比较高的。而有的电池受制于工艺,可能尚未应用于生活更多处。有些超级电池已经在你的生活里,你自己没感受到而已。
                               
                                                                                                      伏打电堆
  今天给大家介绍的这几种电池都是已经商用了的电池,这些电池目前的主要特点还是在充放电方面比较有优势,而能量密度方面就略有欠缺。像这种电池就比较适合在瞬时电流较大的环境工作,比如电动汽车。而一些不用充电的超长续航化学电池则可以应用在极端环境下,克服无法充电带来对的不便。
放电倍率高达70C的电池
        最近的一条超级电池新闻就是东芝的SCiB电池(超级电荷离子电池),据称这种电池在测试中经过5000次充放电后,依然能维持90%以上的容量,而且可以在-10℃环境中进行快充。目前SCiB电池使用二氧化钛当做电池阳极,下一代将会使用钛铌氧化物的阳极材料,并将锂离子更有效的储存在晶体结构中,让新电池比传统电池容量提升两倍。
                         
                                                                                    东芝的SCiB电池
  在实验中,一辆紧凑级电动车在充电分钟后跑了越320公里,是目前牌普通锂电池的三倍之多。乍一听这款电池已经装在了电动汽车上并取得了突破性的进展,但距离实际应用还有多少年呢?
  事实上,SCiB电池已经应用在混动汽车上了。在万能的X宝上甚至能够买到。不过这种电池并没有那么高的能量密度,90*60*13mm体积的电池拥有3AH的容量,但放电可达70C的倍率,瞬时电流达到数百安培,这也是混/电动汽车起步扭矩巨大远超汽油机的原因之一,充放电可以达到1.5万次,一般比较豪华的家用混动汽车也是用类似的电池技术。之所以对SCiB电池感到陌生,只不过汽车在销售的时候并未说明而已。
最玄幻的铝空气电池
  汽车保有量虽然高,但混动汽车也不是人人都拥有的。接下来要说的“铝空气电池”虽然听上去比任何电池都要玄幻,但起码普通人用很低的成本就能使用,而且可以在没有任何电源补给的情况下续航很
  铝空气电池以高纯铝为负极,氧为正极,氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解液。铝在空气中获取氧发生化学反应,转化为氧化铝,而这一过程会产生放电反应,原理很简答,普通人在家也能用手边的材料制作,但达到最高性能还是需要很强的要求的。
                       
  由于是化学电池,铝作为电池的“燃料”来使用的,可以通过更换铝电极的方式来解决较慢的充电速度问题。虽然铝电极是一次性使用的,但能量密度理论上可以达到8100Wh/kg,实际应用中的铝空气电池在同样能量情况下只有铅酸电池重量的12%。
  在生活里当然没有必要去使用化学电池来供电,但是在野外,尤其是无法获取太阳能的时候,一杯盐水,甚至一泡尿也可以作为电解液使用,并且一组铝电极能让你用上好几天。目前利用铝空气电池的产品已经在电商上出售,专攻户外应急。而助听器这种对电池续航较为敏感的产品,也可以使用纽扣空气电池,得以达到一周的续航,使用方法就是将空气隔离膜撕掉即可使用,不用加注电解液。
十五分钟充满电不是开玩笑
                       
  石墨烯在前些年被各个企业媒体炒得火热,号称万能的新材料,一时间石墨烯代替硅芯片、超高容量石墨烯电池的新闻喷涌而出,各种大饼“呼面而来”,搞得好像未来人类全要靠石墨烯来拯救一般。
自己在家就可以制备石墨烯
  相对于一吨原料是几十万元的锂电池来讲,而论克卖的石墨烯光成本上就比锂电池原料高了好几个量级,还不说性能究竟如何。那么“专家”们经常爆出的商用石墨烯电池究竟是怎样一种存在呢?
  市面上极多号称石墨烯电池的产品其实都是将石墨烯作为一种导电材料应用的,全石墨烯电池放眼现在,即使在未来,都不可能达到民用级。苛刻的使用条件,高得吓人的成本以及还有更高性能更低成本的代替品都是让全石墨烯电池得不到广泛应用的原因。
  如此说来,石墨烯电池就真的百无一用吗?其实目前市面上已经有很多石墨烯基锂电池充电宝开始出售了,实际应用中与前文的东芝SCiB电池性能体现完全相反,石墨烯基锂电池充电宝主要体现在充电速度方面,15分钟充满已经是X宝上这类充电宝的统一口号。
  不过需要一个能够提供高电压大电流的充电器来配合使用,电压只有5V的USB就不用想了,充电速度与普通充电宝充电无异,而专用充电器可以达到12V/5A,换算一下6000mA容量用十几分钟充满真的不是痴人说梦。看上去最不可能的石墨烯电池实际上是距离我们生活最近的。
一步到位是不存在的
  其实每当我们看到新闻号称各种强悍性能的电池被研发出来,并给你画了个大饼的时候,不用那么着急去纠结什么时候能走向民用。我们所看到的号称几千公里续航,几十倍能量密度的电池都是比较极端化的产物,而这些成果诞生的过程中,会经历N多材料处理工艺和试验,而副产物虽然不会达到宣称中那么玄幻的性能,但能够快速商用的技术也会比现在的电池性能强很多。
  无论是空气电池还是石墨烯电池,只要在未来谁掌握了商用高性能电池技术,就有可能是下一个世界首富。所以全世界有无数的人在开发新电池,有些早已达到商用的程度,但有一句话叫做“生不逢时”,当社会没进化到对一种高新技术有迫在眉睫需求的时候,好的科技产品即使拿出来,也未必有人会买账。
  新科技产品即使能够以当前成本获得数倍性能,也不能乱投放到市场当中。举一个简单的例子,全球有N家电池厂,其中有一家研发出能量密度是现在两倍的电池,且价格是同样体积重量电池的1.5倍,这就已经足够让世界疯狂起来了,世界上绝大部分电池的订单全都涌向这一家,其他电池厂的生存难以为继,对经济有着很大的影响。瞬间呈十倍百倍增长的订单也会导致原料供应不及时的问题,如果电池厂制造国并没有足够的原料去生产而是通过进口,出口国则可以猛涨原料价格,导致电池售价增高,将会再次达到难以接受的地步,新电池的寿命也会在此终结。
  其实这里提到的只是非常肤浅的因素,涉及到新技术能够良好应用到民用级别的因素有很多。胡乱将新技术投放到市场是一种非常不明智的行为,涨价可能只是最轻的后果,挑起战争的几率也不低。所以新技术应用应该循序渐进,作为普通百姓,我们能做的就是呼吁提高新技术下放的速度,并静静的等待就好了。

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