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1、未来电池发展未来电池发展 一 锂电池的发展方向一 锂电池的发展方向 锂离子电池向着高能量 安全 使用寿命长 使用温度范围广 30 60 的方向发展 国务院 2012 年的 节能与新能源汽车产业发展规划 2012 2020 规定中 指出 2015 年动力电池模块比能量达 150Wh Kg 以上 成本降至 2 元 Wh 以下 2020 年动力电池模块比能量达 300Wh Kg 以上 成本降至 1 5 元 Wh 以下 可 以看出锂离子电池的发展方向应该是高能量 低成本 目前提升电池能量密度的方法 一种是提高传统正极材料的充电截止电压 例如将钴酸锂电池充电电压提升至 4 35V 或 4 4V 但提高正
2、极活性材料充电截 止电位会提高其氧化活性 当锂电池面临环境温度升高持续放电发热等高温状态 时 更加速了活性材料和电解液的反应 进而引起爆炸 因此开发电极 电解液 界面相容性 耐氧化性强 浸润性好的电解液 另一种是采用较高容量的材料 例如采用硅或一些合金材料 但目前这类材 料对电解液相容性非常差 循环性能很难保证 适用于以硅或硅碳复合材料为负 极的高电压锂离子电池的电解液所述的电解液包括非水有机溶剂添加剂包括氟 代酯类及双腈类有机化合物 二 锂空气电池二 锂空气电池 2015 年 11 月 25 日称剑桥化学教授克莱尔 格雷和她的团队攻克了锂空气 电池开发中的技术难关 理论上说 只有这种电池能让
3、电动汽车在不必携带巨大 而笨重的电池组的情况下 拥有可媲美汽油车及柴油车的续航里程 和目前的可充电电池中盛行的锂离子技术相比 锂空气电池理论上可存储的 能量要多得多 以至于全球的研究人员都在开展锂空气电池的研究 锂空气电池的基本化学原理十分简单 这种电池通过锂和氧结合成过氧化锂 实现放电 再通过施加电流逆转这一过程而完成充电 如何可靠地令上述反应反 复发生是该技术面临的挑战 剑桥的科学家对相关化学过程做了调整以提高其可 控性 比如 他们将过氧化锂转变为更易处理的氢氧化锂 还向系统中添加了碘 化锂 并用石墨烯制作了渗透性极好的 蓬松 电极 所谓石墨烯 是 12 年前 曼彻斯特大学发现的一种碳的同
4、素异形体 剑桥实验室中展示的电池系统效率达 90 可充电 2000 次 不过他们表示 可能至少还需 10 年的工作才能将该电池变为可用于汽车和电网蓄电的商业电池 电网蓄电装置用于存储太阳能和风能发电站间歇发出的电力 以便在需要的时候 使用 三 铝电池三 铝电池 目前铝电池的缺点是 其能量密度的潜力大 但循环寿命差 充电速度慢 且铝离子在电解液里面不稳定 容易发生化学反应 2015 年 5 月有新闻称国际顶级学术刊物 自然 在线发表了该校物理与微 电子科学学院鲁兵安副教授等人作为 第一作者 的论文 快速充放电铝离子电 池 自然 杂志认为该研究成果 首次实现了可充电铝离子液体电池 这有望 为国际电
5、池产业带来革命性变化 采用不易燃的离子液体和安全性更高的铝阳极材料研发生产 具有2V电压平台 能量密度达到 60 120Wh kg 是最有希望替代锂离子电池的最新一代电池产品 铝离子电池包含两个电极 一个由铝制成的带负电阳极和一个带正电石墨阴极 人们尝试过不同的材料用作阴极 而斯坦福的研究小组意外的发现这个问题的 简单解决办法便是使用石墨 石墨本质上就是碳 一些类型的石墨材料可以产生 非常好的特性 斯坦福研究小组将实验性的电池安装了铝阳极和石墨阴极 电 解质其实就是室温下的液态盐 因此它非常安全 我们的可充电铝电池可以产生 2 伏电压 这比任何铝电池可以产生的电压都要高 但是我们的电池只能达到 典型锂电池电压的一半 如果改进阴极材料应该可以最终增加电压和能量密度 这样的话 我们创造的电池将满足你设想的电池的一切特性 不昂贵的电极 安 全 高速充电 灵活和较长寿命
