2019年电池技术研究突破不完全汇总

摘要:

有关电池技术的新突破,一直牵动着无数人的心。尽管许多研究都被吐槽“理论大过实际”,但多个科研团队还是给我们带来了 2019 年度的一些重大惊喜。比如宾夕法尼亚州立大学的新型快充电池,就宣称能够在充电时加热至 60℃(140℉),然后迅速降低至环境温度,从而在 10 分钟内完成充电。

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(图自:Yang Wang / Penn State,via New Atlas

理想情况下,锂离子电池应该充电时保持在一定的温度范围内,否则存在着性能退化、寿命大减的风险。

若能够在受控条件下安全充电,则能够在较高的温度下,享受到更多的益处 —— 比如缩短充电所需的时间。

今年 10 月,宾夕法尼亚州立大学的一支研究团队,就展示了这样一种新型吸热电池。此前,业界普遍不敢逾越 60℃(140℉)的高温充电禁区。

不过这种只需加热 10 分钟至特定温度的新方案(随后迅速冷却至环境温度),能够将有害影响降到最低。

为此,该团队将镍箔,附着在电池负极端子上,使其在电子流过时迅速变暖,然后再次快速冷却。

通过这种方法,团队实现了在 1700 个循环条件下的安全充电。这样的效率,可在短短 10 分钟内,为电动汽车增加 200~300 英里(320~480 公里)的续航。

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(图自:MIT)

其次是 MIT 研究团队带来的新型电池,其能够在底部泵入并捕捉二氧化碳,然后在顶部吐出新鲜空气。在设备填满后,可将其冲洗并用于工业纯二氧化碳的储存。

其在电极上涂覆了一种被称作聚蒽醌的化合物,使之恰好能够吸收附近的二氧化碳分子。该过程可在充电时自然发生,直到电极上储满了二氧化碳。

此时可将收集来的二氧化碳用于工业产品,且实测表明,即便经历了 7000 次循环周期,其效率也仅下降 30% 。不过研究团队的新目标,是将其增加到 2~5 万次周期。

第三种是伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)带来的支持完全充电的锂-二氧化碳电池。其密度为锂离子电池的 7 倍以上,但难点在于可反复充放电版本的制造过于艰难。

为克服充电过程中附着在催化剂上的积碳,该电池利用内置在阴极中的二硫化钼‘纳米片’、以及由离子液体和二甲基亚砜组成的混合电解质。

如此一来,其不仅防止了碳在催化剂上的堆积,还使电池可持续 500 次循环充电。

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(图自:CCT Energy Storage)

第四项是澳大利亚初创企业 Climate Change Technologies(CCT)带来的绿色储能设备 Real Vector,这是一种比标准的锂离子电网存储更有效的解决方案。

CCT 的热能设备(TED),也是全球首批投入使用的可工作热电池之一。

其支持模块化搭建,可接收风能、太阳能等储能来源,将之用于熔化绝缘室内的硅。

热机可按需提取能源,单个 TED 装置可容纳 1.2 MWh 能量,且支持灵活搭建各种不同的组合。

CCT 的技术优势,在于熔融硅不会像锂那样被降解。实测表明,即便经历了 3000 次循环,其仍未出现退化迹象。

预计装置可使用 20 年、甚至更长的时间。此外,据称每套 TED 的储能为锂离子电池的六倍,且造价仅为后者的 60~80% 。

第五项突破是有助于改善锂离子电池能量密度和安全性的新技术,上个月的时候,澳大利亚迪肯大学前沿材料研究所提出了一套新方案,并演示了一种新型电池。

该电池使用了聚合物固体电解质,算是业内明确使用无液体高效锂离子运输方案的首个实例。

通过避开易燃、易挥发的液体电解质,这种固态电池不仅更加安全,还有望搭配锂金属阳极来使用,让锂电池密度轻松翻番。

若投入实际运用,固态电池可让电动汽车(甚至电动飞机)拥有更大的续航里程。

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(图自:Hornsdale Power Reserve)

最后,早在 2017 年,特斯拉就拿下了为南澳大利亚建造 129 MWh 锂离子储能电站的合同,最大输出功率为 100 MW 。

然而根据一项新的协议,其将进一步增加 64.5 MWh 的容量、以及 50 MWh 的输出。

这项定于 2020 年中进行的项目,将使得全球最大电池设施的字面数据增加约 50% 。

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