果真如此么?
智能電網(Smartgrids)、混合動力車、可再生能源都是熱門環(huán)保技術,但在幕后,化學家和工程師們正致力于削減電池帶來的生態(tài)影響。近期羥基氧化鎳、橄欖石型磷酸鋰鐵、納米線等鎳、鋰電池化學技術方面的突破有望讓明日各種數(shù)碼產品放棄歷史悠久但問題多多的堿/二氧化錳AA電池。
羥基氧化鎳(NiOOH或NiOx)電池已經面世數(shù)年,類似堿性電池,但采用基于鎳制負極以產生更高的電壓(1.7V,堿性電池為1.5V)。NiOx電池一般用于高功耗應用(比如數(shù)碼相機或便攜式游戲產品),據(jù)稱可以提供相當于堿性電池兩倍的壽命。但在遙控器等低功耗應用中,NiOx電池壽命與堿性電池相當。
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索尼近期首先將該技術的鋰離子電池變種商業(yè)化。該技術由美國研究人員開發(fā),使用橄欖石型磷酸鋰鐵(LiFePO4)作為負極。
索尼近期首先將該技術的鋰離子電池變種商業(yè)化。該技術由美國研究人員開發(fā),使用橄欖石型磷酸鋰鐵(LiFePO4)作為負極。索尼將新的負極材料與一種據(jù)說可以最大限度減小電阻的專利微粒設計技術相結合,實現(xiàn)了3.3V輸出、1800W/kg功率密度的可充電電池設計,擁有長使用壽命,在2000輪充/放電后仍保持80%初始容量。該電池擁有快速充電能力(30分鐘充至99%),并且在使用時維持穩(wěn)定的放電電壓。
該電池已應用于索尼公司的一些強力工具,并在實際應用中獲得正面反饋。
最早的LiFePO4技術專利由得克薩斯大學的JohnGoodenough及其團隊于1996年取得。LiFePO4作為解決鋰鈷氧化物和鋰錳氧化物等鋰離子電池結構放電率低、循環(huán)壽命短問題的方案被設計出來。
LiFePO4是一種高穩(wěn)定性材料,科學家相信它可以被用于無數(shù)消費級應用,從手機和游戲產品的可充電電池到電動汽車等大型應用。(雪佛萊即將上市的Volt采用220芯鋰離子電池)。
橄欖石結構讓LiFePO4的晶格變形比其它電池結構更小,帶來更好的放電過程。因此該材料的循環(huán)壽命極長,LiFePO4也顯示出極佳的存儲壽命。它還可以忍受氧化和酸性環(huán)境。
電池安全性方面,LiFePO4的電池結構在300°C至500°C的極高溫度下仍可保持穩(wěn)定,最高可以承受700°C。在這種極端溫度下,其它鋰電池會裂化甚至爆炸。
LiFePO4的快速充電、長壽命特性明顯有助于環(huán)境保護。電動汽車采用LiFePO4電池也會獲得更長的充電后行駛距離,希望推出產品與Volt競爭的汽車廠商可能會感興趣。
納米線電池漸具眉目
另一項前途無量的鋰電池技術是納米線電池,以覆蓋著硅納米線的不銹鋼正極取代傳統(tǒng)鋰電池的石墨正極。硅能夠存儲的鋰比石墨多十倍,使功率密度大幅提升。電池總質量減輕,增加的表面積允許更快的充/放電率。
電池通過鋼正極表面所覆蓋硅線的收縮/擴張輸出電能。充電過程中,硅線吸收充電后的鋰原子,發(fā)生擴張;放電過程中,硅線上的鋰離子被吸走,硅線收縮。
電子顯微鏡下的硅納米線在吸收鋰前(左)后(右)的照片。網擴張至正常體積四倍,沒有損傷。
傳統(tǒng)、簡單的硅正極研究始于三十多年前。當時的科學家決定放棄硅,因為這種材料在鼓起吸收鋰時容易分裂、受損,致使正極容量太弱,不足以支持進一步研究。
斯坦福大學的研究人員判斷問題源于當時所用硅材料的形狀。
現(xiàn)在的方法改用直徑為紙張厚度千分之一的樹形納米線。納米線吸收鋰后體積擴張至正常狀態(tài)下的四倍,但硅正極不會斷裂或損傷。
納米線電池研究人員正在尋找一種適當?shù)呢摌O材料,取得與硅網正極相匹配的充/放電能力,從而全面展現(xiàn)該技術在能源存儲密度方面的突出進步。斯坦福大學材料科學與工程助理教授YiCui正領導團隊開拓此項正極技術,他們相信五年后納米線鋰離子可充電電池技術即可實現(xiàn)全面商業(yè)化。
以上幾項技術僅僅是開始,隨著深入電池研究的繼續(xù),電子產品玩家可以期待電池壽命超過玩具自身壽命這一天的到來。