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锂电池替代镍电池用了15年 下一代电池革命何时来?

2014-11-11 09:04
雷本祖
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  换掉锂电池

  顺着这个思路,研究人员想到的一个突破方向,就是寻找更安全、能量密度更高的材料,换掉锂电池。

  空气很可能会成为那个更好的选择之一,不久前,以色列一家科技公司研发出了使用铝和空气作为电极的新型电池,这种电池可以利用空气中水分子与铝产生化学反应并放电。

  事实上,这种金属-空气的电池技术早在上世纪60年代就已问世,它的原理是以99.9%高纯度的铝为阳极,水分子中的氧为阴极,利用水溶液作为电解质,让铝板摄取氧,完成放电过程。

  在整个化学过程中,最终的产物是氢氧化铝,所以这种电池技术看起来更稳定更安全,而且铝-空气电池的能量密度也大大高于等质量的锂电池,理论能量密度能达到8.1千瓦时/千克。目前特斯拉电动车所使用高能锂电池,能量密度也只有约0.3千瓦时/千克。

  另一个同样在电池技术领域流行的突破思路是,如果不能换掉锂电池,那就换一种充电方式。

  目前最有希望被普及的另类充电方式,是无线供电技术。请注意,这里所说的不是早些年手机厂商们推出的带着托盘的无线充电手机,而是效率更高的无线供电技术。

  如果从原理上看,无线充电和无线供电其实没有太大的差别,两者都是利用电磁感应、共振或耦合原理。它最早源自19世纪90年代交流电之父尼古拉·特斯拉的设想,他提出可以利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷,线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振,从而实现电能的高效传输。

  形象一点的说法,就和高音歌唱家有可能把某个相同振动频率的玻璃杯唱爆是一个道理,只不过电磁感应和共振不至于把电子设备震爆。

  与无线充电相比,无线供电的优势在于突破了距离上的限制。美国一家公司正在做的传输器解决方案,最远的电能传输距离已经可以达到10米。

  尽管和动辄数百米的无线网络相比,无线供电的传输距离还有些短,但至少在技术层面,实现无线供电,就已经算是走出了第一步。

  更大的难题

  那么,为什么人们还没有在机场、酒店或者咖啡店看到类似无线网络的无线电源热点?

  事实上,无线供电普及的最大障碍,并不是传输距离还不够长等技术难题,而是市场上各种电子设备的无线供电标准兼容难题,这已经超出了科研人员所能控制的范畴。

  就像高音歌唱家的例子,如果各个杯子的振动频率都不一样,想要所有的杯子都能被唱爆是不可能的。

  不过,2008年国际上多家行业内的公司和协会,已经成立了无线电力传输国际标准联盟,致力于统一无线供电的技术标准,联盟的一位中国公司成员说,出台一个类似于WiFi的统一标准时间应该不会太遥远。

  相比而言,替换掉锂电池的新型电池技术方案就要艰难得多。最有希望的金属-空气电池技术至今仍有很多实际的问题需要解决,比如使用过程中,需要定期往电池组里加水,而且它是不可充电电池,铝板完全氧化反应成氢氧化铝后,就必须重新更换铝板。

  这无疑会加大成本,阻碍金属-空气电池技术投入使用,不过好消息是研究人员正在努力延长铝板氧化反应时间、降低铝板回收利用成本,争取尽早将这项技术商业化。

  美国凯特琳大学莫特工程科学中心研究员凯文认为,即便在技术层面已经达到商业化要求,将它们制成适合各类电子设备的成品大规模应用,又会是另外一个漫长的等待过程。如果没有特殊的爆发诱因,至少最近5年,人们很难看到真正成熟的革命性电池技术。

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