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伊利诺伊大学研制出三维纳米电极的电池,电动汽车用锂离子电池技术的国内外进展简析

2020-01-03 19:28

[据海上力量杂志2017年4月27日报道]美海军近期禁止了易燃的锂离子电池在部分舰艇和其他军事平台上的应用。美国海军研究实验室化学分部研发出锂离子电池的更安全的替代品。 美海军研究实验室先进电化学材料研究组致力于发展更安全的水基锌电池。研究人员演示了镍锌电池的一项重大突破,使用3D锌“海绵”代替此前使用的粉状锌负极。这种电池能量密度和充电性能与锂离子电池相当,还具有较好的安全性能。 目前,锌电池广泛应用于一次电池,但易生长导电晶须导致短路。研发可充电锌电池的关键在于控制循环中锌的特性,电流在“海绵”中分部更加均匀,减少树突生成的可能性。 美海军研究实验室用三种方法验证了镍-3D锌电池:延长一次电池寿命;在与锂离子电池相近的容量下,循环了超过100次;在较短循环下进行了50000多次循环,期间进行间歇性短时间快速放电,类似电池在电动车上的使用。

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一、电动汽车电池技术获得突破性发展 蓄电池及其管理系统是电动汽车的关键技术之一。在以往几年中,大部分企业在电动汽车研制中曾遭遇尴尬,主要是因为采用了铅酸、镍镉、镍氢电池等。现在,经过研制与实验比较,采用能量密度更高的锂离子电池取代铅和镍氢电池,运用于汽车领域正成为一项核心技术,它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、也无二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛,是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想的车用蓄电池。缺点是价格较贵、安全性较差。不过现在已有技术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等新型材料,大大提高了锂离子电池的安全性,而且降低了成本。

利诺伊大学厄巴纳—香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)材料科学和工程教授Paul Braun同硕士生于新迪、博士后研究员张惠刚研制出了拥有三维纳米结构电极的电池,充放电可在几秒内完成,而且快速充放电不会影响电池的能量密度。最新成果有望彻底改变电池的设计方法。 研究人员将一个薄膜包裹成三维纳米结构的电极,让其能获得较大的有效容积和电流。演示结果表明,拥有这种电极的电池能在几秒钟内快速地充电和放电,效率是块 状电极电池的100倍。这意味着,当将其用于电动汽车内时,其充电所需的时间可能和在加油站加油一样;更重要的是,快速充放电对电池的能量密度毫无影响。 Braun表示:“这种能快速充放电的新电池除了能在汽车领域大展拳脚外,也可以用于医药设备、激光器内和军事领域。” 科学家们首先将细小的圆球涂在一个表面上,随后将圆球紧紧包裹成一个网格状的结构,圆球之间的空隙和圆球四周都填满金属;接着将圆球熔化,得到一个 类似海绵的三维支架;然后用电解法对三维支架的表面进行蚀刻,从而让海绵结构内的微孔增大,制造出了一个开放的框架结构,最后再将活性物质薄膜涂在该框架上。 研究人员指出:“结果,我们得到了一个性能优异的电极结构,其相互之间的联系很少,因此锂离子能快速移动;活性物质薄膜也使锂离子能很快扩散;同时,金属材料让其导电性更好。” Braun说:“最新研究与任何特定的电池类型无关,而是一种新的电池设计范式——用三维结构来增强电池的性能。” 这项研究获得了美国陆军研究实验室和美国能源部的支持。 今年年初,张惠刚等人在《自然纳米技术》杂志上指出,他们研发出了一种让电池快速充电的新方法,适用于锂离子和镍基电池。该方法着眼于减少离子到 达电极间距离。结果显示,以镍氢电池为例,电极能在2.7秒内充满75%的电容量;20秒内充到90%,这一速度经过100次充放电循环后仍维持稳定。一 个全尺寸的锂电池的电极能在1分钟充到75%;2分钟内充到90%。

目前的动力电池大部分都选用锂电池,但锂电池发展至今,其能量密度已经接近理论物理极限,寻求新技术以实现锂电池质变已是迫在眉睫。可以预见的是,谁将锂电池质变技术应用于工业化生产,谁就能饮得新能源汽车市场的头啖汤。

表:各种EV蓄电池的特点对比

在化石能源逐渐匮乏的大环境下,新能源汽车取代传统燃油车的趋势已是势不可挡。而事实上,尽管近年来电动汽车飞速发展,销量成倍增加,但相较于传统车依然显得不够份量。

-铅酸镍-镉镍氢锂离子传统型锂聚合物铅酸-

电动汽车尚限于续航和安全而不能普及市场,很大程度上源于其心脏——动力电池不够强大。

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目前的动力电池大部分都选用锂电池,但锂电池发展至今,其能量密度已经接近理论物理极限,寻求新技术以实现锂电池质变已是迫在眉睫。可以预见的是,谁将锂电池质变技术应用于工业化生产,谁就能饮得新能源汽车市场的头啖汤。

-质量能量密度;体积能量密度;工作温度范围;目放电率;可靠性质量能量密度;体积能量密度;目放电率质量能量密度;体积能量密度;电压输出;目放电率质量能量密度;体积能量密度;结构特点;目放电率镍-镉更好的可循环性;电压输出;价格-质量能量密度;体积能量密度质量能量密度;体积能量密度;电压输出;目放电率质量能量密度;体积能量密度;结构特点;目放电率

在新技术的革新上,国内外企业一直在进行持续的投入:东旭光电等主推石墨烯电池、银隆和微宏动力推崇钛酸锂电池、美国等诸多研究机构另辟思路寻找固态电池、锌电池路径……技术的进步永无止境,不能以片刻的得失论成败。无论哪种电池都将由于其不同特性,寻找到其适合的应用领域。

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为此高工锂电梳理了今年以来国外前沿电池技术进展情况,所谓他山之石可以攻玉,希望能够对国内的电池发展有所裨益。

-镍氢更好的可循环性;电压输出;价格工作温度范围;更好的可循环性;目放电率;可靠性-质量能量密度;体积能量密度;工作温度范围;目放电率;电压输出质量能量密度;体积能量密度;结构特点;目放电率锂离子传统型更好的可循环性;安全;价格工作温度范围;更好的可循环性;价格;安全;可重复循环价格;安全;目放电率;重复循环-质量能量密度;体积能量密度;结构特点;安全;价格锂聚合物更好的可循环性工作温度范围;更好的可循环性;价格体积能量密度;更好的可循环性;价格工作温度范围;更好的可循环性-绝对

1、StoreDot公司设计5分钟提供300英里续航能力电池

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BBC报道称,以色列StoreDot公司CEO表示,公司2015年展示的5分钟充满手机电池的技术已做好商用准备,并将于2018年正式推向市场,目前已经有手机厂商接纳并采用。需要注意的是该项快充技术还饱有争议,充电速度过快对电池性能可能造成影响。

优势更好的可循环性;价格工作温度范围;价格体积能量密度质量能量密度;体积能量密度;目放电率;结构特点质量能量密度;体积能量密度;目放电率;电压输出;结构特点资料来源:陈清泉、孙立清,电动汽车的现状和发展趋势,科技导报,2005年4月,第23卷第4期

实际上,StoreDot公司方面称,公司还设计了一款电动汽车电池,在自家快充技术加持下,可以做到5分钟内能为电动汽车提供300英里的续航能力。

表:EV蓄电池关键技术数据与美国先进蓄电池协作体公布指标比较-比能量a (W/h/kg)比功率密度a (Wh/l)比功率b ((W/kg)循环寿命b参考价格d (US$/k Wh)阀控铅酸30-4560-90200-300400-600150镍-镉40-6080-110150-350600-1200300镍锌60-65120-130150-300600-1200200-350锌/空气230269105NA c90-120铝/空气190-250190-2007-16NA cNA钠/硫100150200800250-450钠/氯化镍11014915010001-230-350锂聚合物155220315600NA锂离子90-130140-200250-450800-1200>200USABC2003004001000<100注:NA-数据不详、a-C/3放电率、b-80%DOD、c-机械重充电、d-仅供参考、USABC-美国先进蓄电池协作体。资料来源:陈清泉、孙立清,电动汽车的现状和发展趋势,科技导报,2005年4月,第23卷第4期

2、德国工研院研发充电一次续航1000公里新电池

二、锂离子电池产业化动态 随着成本的急剧降低和性能的大幅度提高,已有许多汽车生产厂家开始投入使用锂离子电池。下表是主要锂离子电池厂商研发与生产概要。截至2006年10月为止,全球主要国家已有20余家车厂进行锂离子电池研发。如富士重工与NEC合作开发廉价的单体锰系锂离子电池,具有高安全性、低制造成本特点,在车载环境下的寿命高达12年、10万公里,与纯电动汽车的整车寿命相当。东芝开发的可急速充电锂离子蓄电池组,除了小型、大容量的特点之外,采用了能使纳米级微粒均一化固定技术,可使锂离子均匀地吸附在蓄电池负极上,能在一分钟之内充电至其容量的80%,再经6分钟便可充满电。美国的主要电池厂Johnson Controls针对电动汽车需求特性的锂离子电池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee设立研发地点,2006年1月另出资50%与法国电池厂Saft共同成立Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution 。JCS 于2006年8月承接了美国能源部(DOE)所主导2年USABC(United States Advanced Battery Consortium)纯电动车锂离子电池研发计划合约,另外亦与车厂签约提供高功率锂离子电池。表:主要锂离子电池厂商研发与生产概要电池厂商 产品概要 Degussa AG/Enax 2005年6月,德国Degussa与日本Enax分别各出资50%在中国成立Degussa EnaxPower Lion Technology 公司,生产锂离子电池电极与销售,该厂同时生产电动车用锂离子电池电极,并供应至中国与欧美日等国。 Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution JCS是Johnson Controls 与Saft 于2006年1月合并的公司,Saft 于1995年开始研发电动车锂离子电池,Johnson Controls 于威斯康星州的Milwaukee设厂生产专为电动车设计的锂离子电池,2005年开始提供美国车厂锂离子电池试作品。 NEC Lamilion Energy 2006年3月提供适合电动车用锰系锂离子电池,车载电池寿命为2,700W/kg,具高输出特性,达成10年15万公里等效距离运行测试,已有20余家车厂拥有研发实绩。 Sanyo电机 2006年3月,日本德岛工厂提供1,000组用锂离子电池予车厂电动车试用,预定2007年量产。 Panasonic EV Energy 2005年10月Toyota对Panasonic EV Energy出资从40%提高至60%,已将其纳入子公司,预定于2008年在Prius装上可具备外部充电功能的锂离子电池,目前正进行实用化性能评估与量产验证。 GS Yuasa 2004年3月,开始销售电动车与不断电系统锂离子电池E-on EX25A与EX25A-7。 Hitachi Vehicle Energy, Ltd.) 日立Vehicle Energy公司系于2004年6月,由新神户电机43.7%、日立36.7%、日立macell 19.6%组成,专门生产电动车用锰系锂离子电池。2005年6月研发小型、低成本之锂离子电池控制模块试作品,锂离子电池配合新开发的控制装置较传统成本降低12.5%,精简空间10%。 Litcel 2006年开发电动车驱动用Li-ion B4-40锂离子电池组,装置于三菱Colt-EV车上进行实证测试,充电一次续航距离为150km,2010年时目标为240km。 资料来源:FOURIN;台湾工研院IEK我国在锂离子电池方面的研究水平,有多项指标超过了USABC提出的2010年长期指标所规定的目标,已能自主开发出用量在50~80公斤以下,可适用于电动自行车、电动摩托车、电油混合动力车、油电混合动力电动车,行驶距离在80公里以内的小型、轻型供上下班使用的家用电动小轿车的锂离子蓄电池,并有足够好的安全行驶性能。从1997年开始产业化经验的苏州星恒作为国家锂离子动力电池产业化示范工程项目基地,其研发的动力电池组已通过美国UL和欧盟独立组织Extra Energy的测试认证,并在苏州建成第一条动力锂离子电池的生产线并顺利试产,目前已实现量产。三、蓄电池技术还需继续进一步发展 目前,锂离子电池应用于电动车的课题,有电池寿命机理、电池的低温性能表现、容许偏差、过热偏差、过负载偏差、检查诊断与降低电池成本等。而长期探索研究主要集中在系统与材料两方面。一方面,各企业所公布的大部分纯电动汽车蓄电池实验室测试数据,如加速性能、充电时间、持续里程数等,还须在复杂的外部环境实际运行下,进一步验证其可靠性,以及生产批量化质量控制。另一方面,在我国锂离子电池生产中,锂离子电池所需隔膜材料未能有实质性的突破,全部依靠进口,价格昂贵,占到动力电池成本的30%以上。如果在这一材料上实现规模化生产技术,即可大幅度降低成本。此外,有专家认为,从20世纪90年代初各国研究成功的电动汽车来看,虽然蓄电池的比能量比现在的新型电池要小,但是各种电动汽车测试达到的各项性能指标,对一般的使用者来说,也是可以满足的。当时实现不了电动汽车产业化的主要原因,在于蓄电池的使用寿命太短。纯电动汽车所使用的蓄电池组成本一般要占新车造价的二分之一,如果需要购车人在几年之内即更换蓄电池组,就意味着高额的使用成本。现在,第二代纯电动汽车蓄电池比能量已经有了很大的提高,生产蓄电池的材料与蓄电池的结构也取得了很大的进步,但是其使用寿命并未获得重大的突破。即使加速性能完全能达到或超过今天燃油车的最高水平,蓄电池充一次电的行驶里程能超过燃油车目前加一箱油的行驶里程,由于蓄电池寿命限制而造成的高额使用成本也将成为其商业化的一大瓶颈。相关阅读 1、萧瑞圣,复合动力车锂离子电池研发现况,台湾工研院IEK,2007年1月2、胡安生,汽车新动力的发展趋势研究,国务院发展研究中心,2005年9月3、陈清泉、孙立清,电动汽车的现状和发展趋势,科技导报,2005年4月,第23卷第4期4、李佩珩、易翔翔、侯福深,国外电动汽车发展现状及对我国电动汽车发展的启示,北京工业大学学报,2004年3月,第30卷第1期5、甄子健、王成、张洪辉,日本电动汽车发展综述,2004年3月6、C C Chan,Y S Wong.The State of the Art of Electric Vehicles Technology fA1.In:Proceedings of the 4th International Power Electronics and Motion Controls Conferem, e (IPEMC 20041 fC1.Xitad,China,2004.46~57(end)

德国工研院移动能源存储系统项目经理沃尔特与一个团队携手合作,正在研究一种新电池,称可以让电动汽车充电一次续航620英里。

为了达到这一目标,研究人员通过剔除封装单个电池外壳,用薄片式设计取代圆柱形设计。金属片上涂有能源存储材料,由粉末陶瓷和聚合物粘合剂制造而成。金属片的一侧是正级,另一侧是负极。然后将双极性电极一个一个堆叠,电极之间用薄薄的电解液分开,并在内部配置防止电荷短路材料。最终,科学家将叠起来的薄片封装为大约为10平方英尺的电池,并与汽车电力系统连接。

研究人员表示,该方法能够在相同的空间内安放更多电极,从而存储更多的电能。该新型电池系统预计在2020年之前进入实际测试阶段。

3、世界首款硅负极电池完成认证

拥有先进锂离子电池技术的开发商Enevate公司,宣布已开发出世界上第一款硅主导的锂离子电池,应用于智能手机和其他消费类,并且已经通过了全球安全和质量认证(包括UN 38.3,UL 1642,UL 2054,CTIA / IEEE 1725,IEC 62133和IEC 61950)。

该技术,与仅包含少量硅添加剂、以石墨为主材的阳极不同,它是以硅为主材的阳极作为专有的活性物质薄膜,硅含量高达70%以上,提供了传统锂离子电池阳极能量密度的4倍以上。

高达4C速率的充电功能,意味着在15分钟内可充电至90%,而不会不会对能量密度造成影响。同时在智能手机等移动设备中增加35%至50%的续航时间。

此外,与传统的锂离子电池相比,该技术还提供了出色的低温性能,同时避免了析锂的问题,因此具有内在安全性优势(高于传统锂离子电池40%的防过充能力)。

4、美国致力研制高性能新型固态电池

美国国家航空航天局(NASA)透露,其正在与迈阿密大学合作,研制新型固态电池。该电池所占空间仅为现有电池的三分之一,可用在“立方体卫星(CubeSats)”等微型卫星上,同时还具备防撞、防潮、防燃等性能。研究团队希望该技术能成为一种安全有效的储能方法,并且在多个领域实现应用。

5、特斯拉实现电池衰减控制在5%以内

特斯拉首席电池科学家Kurt Kelty和技术研发伙伴加拿大Dalhousie大学的Jeff Dahn在最新的技术演讲中表示,研究小组已经在电池性能领域取得重大突破,能够让车辆在行驶48万公里后,电池的衰减控制在5%以内。

Jeff Dahn介绍称,提高NMC三元锂电池中的某种化学成分,可以限制高压下电池运行时产生的有害气体,经过改进后的电池单体能够在超过1200次循环后依然有着优秀的性能表现。这意味着以每年行驶2万公里计算,车主在连续驾驶24年后电池容量仍然可以达到出厂容量的95%。

目前,这项技术已经在特斯拉即将推出的新车当中使用,预计会是定于今年7月推出的Model 3轿车。

6、美国海军与恩吉克电池公司联合开发新一代「3D锌正极电池」

美国海军与恩吉克电池公司联合开发新一代「3D锌正极电池」,以用于所有电能产品供电,包括电动汽车、混合动力车、飞机、船只等。美国海军表示将在车辆上应用测试该种电池,美国能源部高级研究计划署希望这种电池技术可以成为未来储能设备。

有别于传统的锌电极制备方法,研究方不是直接将锌的粉末压成片,而是通过乳液方法将其制成多孔的海绵状结构。随后他们构建了以这种新型结构为阳极,碱式氧化镍为阴极的电池。

测试表明,这种电池在使用过程中,锌的氧化和还原过程都更为均匀,因此电池历经多次充放电循环仍可保持较好的性能。研究人员希望这种新型电池有朝一日能够取代锂离子电池,从而让电子产品更加安全。

7、石墨烯技术搭载于Fisker公司电动汽车

Fisker 公司发布了Emotion电动汽车的最新预告图。Fisker方面称称新车使用石墨烯电池技术,能够延长续航里程、电池寿命,同时加快充电时间,续航里程可达400英里(644公里),将于8月17日亮相。

8、NRL开发可充电锌电池成本比锂电池系统少30%-50%

美国海军研究实验室化学部的研究人员近日开发出了一种更安全的锂离子电池替代品——可充电锌电池。据称,锂离子电池因其易燃特性,在海军舰艇和其他军事平台上已被禁用。

加州圣安塞尔莫的电池技术公司EnZinc的CEO米切尔dot;布鲁斯表示,该公司科研人员正在测试和推广这项技术,预期能够比锂电池系统便宜30%-50%。

长期以来,限制锌电池充电的主要原因为仅仅几轮充电后,锌电池内部的两电极之间会产生导电细丝,最终发生两极短路。对此科研团队找到了一种抑制电池内部导电细丝产生的方法:将锌阳极做成多孔海绵状结构。充放电期间,电流在锌阳极上的分布更均匀,因此导电细丝难以产生。

实验表明,阴极由镍制成的锌电池可以承受5万次充放电,寿命与混合动力车的铅酸电池相仿,但锌电池的单位体积储能和单位质量储能都高于铅酸电池。

美国海军实验室成果转化办公室的斯蒂文dot;马库斯表示,EnZinc公司已经获得了锌-镍电池在轮式电动汽车领域的产业化授权。其他应用领域和其他阴极材料的授权仍在开放中,海军实验室的研究人员仍然在探索其他的阴极材料。

9、NEC公司研发石墨烯海绵添加剂提升锂电池性能

日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂,也称为Magic G,可用于锂离子电池的阳极和阴极,以提高其速率和功率性能。

Magic G通过一系列方法生产,最初研究人员通过改进的悍马法氧化石墨,以生产氧化石墨。此后进一步进行热冲击和空气氧化处理,其形成了预制Magic G的材料。然后在1000℃下热处理前体来实现魔术G。

前兆和最终的Magic G产品均通过许多市售机器和方法进行了表征,包括场发射扫描电子显微镜,透射电子显微镜,原子力学显微镜,傅里叶变换红外,拉曼光谱,气体吸附和温度程序解吸质量光谱法。

与其他非魔术G锂离子电池相比,向阳极添加0.5%添加量可使充电容量保持率在6次循环时从56%提高到77%,10次循环时的充电容量保持率从7%提高到45%。在阴极中,加入相同量的Magic G,并且在6次循环中,放电容量率从43%增加到76%,并且在10个循环中从16%增加到40%。

除了更显着的改进之外,添加Magic G的电极电子传导性也增加了,电解质的吸附,并降低了活性材料的电荷转移电阻。

10、宝马全固态锂离子电池计划于2026年实现量产

宝马正在研发一款更为先进的锂离子电池,这款电池将用固态电解质代替现有的电解液,更轻、更安全、密度更高,计划于2026年实现量产。

作为一种优缺点分明的新型锂离子电池,全固态锂离子电池高安全性、高能量密度、可以承受更高的电压等是当前锂电池业界追求的目标,但也存在制造技术复杂,成本较高等明显缺点。

11、伊顿将推出1500VA锂电池UPS

国际知名UPS厂商伊顿宣布,公司将推出1500VA锂电池UPS系列产品,全新伊顿1500VA锂电池UPS的电池寿命将是标准UPS的两倍,在产品的整个使用寿命周期内,有远程办公或分公司需求的客户可以极大地节省因更换电池所产生的大笔费用。目前该产品已经取得所需的全部认证,计划于今年第三季度开始发货。

锂电池在超大型云环境中的一个优势是:高低温适应性强,不会像铅酸电池那样对高温加热环境敏感。早在三年前,伊顿便开始研发1500VA锂电池UPS系列,并着力于获得相关认证和专业知识以解决锂电池的风险性问题。目前,伊顿已经取得了处理这些电池所需的全部认证。

12、美国研发新型冷冻方法延长锂电池寿命

美国研究人员开发了一种新型冷冻方法,可以延长锂电池的寿命,提高安全性,电池还能够弯曲。此项技术有可能应用于智能手机和平板电脑,使它们变得更加灵活。

哥伦比亚大学傅氏基金工程和应用科学学院的研究人员用固体电解质取代液态电解质,使用冰模板来制造陶瓷固体电解质的垂直对齐的柱结构。陶瓷固体电解质拥有更高的安全性和导电性。

研究人员表示,这是首次采用冰模板法将不易燃无毒的柔性固体电解质用于锂电池中。未来采用该电池的智能手机或平板电脑可以做到弯曲。

测试表明,这种电池在使用过程中,锌的氧化和还原过程都更为均匀,因此电池历经多次充放电循环仍可保持较好的性能。研究人员希望这种新型电池有朝一日能够取代锂离子电池,从而让电子产品更加安全。

7、石墨烯技术搭载于Fisker公司电动汽车

Fisker 公司发布了Emotion电动汽车的最新预告图。Fisker方面称称新车使用石墨烯电池技术,能够延长续航里程、电池寿命,同时加快充电时间,续航里程可达400英里(644公里),将于8月17日亮相。

8、NRL开发可充电锌电池成本比锂电池系统少30%-50%

美国海军研究实验室化学部的研究人员近日开发出了一种更安全的锂离子电池替代品——可充电锌电池。据称,锂离子电池因其易燃特性,在海军舰艇和其他军事平台上已被禁用。

加州圣安塞尔莫的电池技术公司EnZinc的CEO米切尔dot;布鲁斯表示,该公司科研人员正在测试和推广这项技术,预期能够比锂电池系统便宜30%-50%。

长期以来,限制锌电池充电的主要原因为仅仅几轮充电后,锌电池内部的两电极之间会产生导电细丝,最终发生两极短路。对此科研团队找到了一种抑制电池内部导电细丝产生的方法:将锌阳极做成多孔海绵状结构。充放电期间,电流在锌阳极上的分布更均匀,因此导电细丝难以产生。

实验表明,阴极由镍制成的锌电池可以承受5万次充放电,寿命与混合动力车的铅酸电池相仿,但锌电池的单位体积储能和单位质量储能都高于铅酸电池。

美国海军实验室成果转化办公室的斯蒂文dot;马库斯表示,EnZinc公司已经获得了锌-镍电池在轮式电动汽车领域的产业化授权。其他应用领域和其他阴极材料的授权仍在开放中,海军实验室的研究人员仍然在探索其他的阴极材料。

9、NEC公司研发石墨烯海绵添加剂提升锂电池性能

日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂,也称为Magic G,可用于锂离子电池的阳极和阴极,以提高其速率和功率性能。

Magic G通过一系列方法生产,最初研究人员通过改进的悍马法氧化石墨,以生产氧化石墨。此后进一步进行热冲击和空气氧化处理,其形成了预制Magic G的材料。然后在1000℃下热处理前体来实现魔术G。

前兆和最终的Magic G产品均通过许多市售机器和方法进行了表征,包括场发射扫描电子显微镜,透射电子显微镜,原子力学显微镜,傅里叶变换红外,拉曼光谱,气体吸附和温度程序解吸质量光谱法。

与其他非魔术G锂离子电池相比,向阳极添加0.5%添加量可使充电容量保持率在6次循环时从56%提高到77%,10次循环时的充电容量保持率从7%提高到45%。在阴极中,加入相同量的Magic G,并且在6次循环中,放电容量率从43%增加到76%,并且在10个循环中从16%增加到40%。

除了更显着的改进之外,添加Magic G的电极电子传导性也增加了,电解质的吸附,并降低了活性材料的电荷转移电阻。

10、宝马全固态锂离子电池计划于2026年实现量产

宝马正在研发一款更为先进的锂离子电池,这款电池将用固态电解质代替现有的电解液,更轻、更安全、密度更高,计划于2026年实现量产。

作为一种优缺点分明的新型锂离子电池,全固态锂离子电池高安全性、高能量密度、可以承受更高的电压等是当前锂电池业界追求的目标,但也存在制造技术复杂,成本较高等明显缺点。

11、伊顿将推出1500VA锂电池UPS

国际知名UPS厂商伊顿宣布,公司将推出1500VA锂电池UPS系列产品,全新伊顿1500VA锂电池UPS的电池寿命将是标准UPS的两倍,在产品的整个使用寿命周期内,有远程办公或分公司需求的客户可以极大地节省因更换电池所产生的大笔费用。目前该产品已经取得所需的全部认证,计划于今年第三季度开始发货。

锂电池在超大型云环境中的一个优势是:高低温适应性强,不会像铅酸电池那样对高温加热环境敏感。早在三年前,伊顿便开始研发1500VA锂电池UPS系列,并着力于获得相关认证和专业知识以解决锂电池的风险性问题。目前,伊顿已经取得了处理这些电池所需的全部认证。

12、美国研发新型冷冻方法延长锂电池寿命

美国研究人员开发了一种新型冷冻方法,可以延长锂电池的寿命,提高安全性,电池还能够弯曲。此项技术有可能应用于智能手机和平板电脑,使它们变得更加灵活。

哥伦比亚大学傅氏基金工程和应用科学学院的研究人员用固体电解质取代液态电解质,使用冰模板来制造陶瓷固体电解质的垂直对齐的柱结构。陶瓷固体电解质拥有更高的安全性和导电性。

研究人员表示,这是首次采用冰模板法将不易燃无毒的柔性固体电解质用于锂电池中。未来采用该电池的智能手机或平板电脑可以做到弯曲。

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