鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 種種問(wèn)題使現(xiàn)有的鋰離子電池逐漸走到盡頭,難以應(yīng)付未來(lái)的科技潮流。(詳見(jiàn)前文:【科技.未來(lái)】物料廿多年未變 鋰離子電池陷瓶頸)科學(xué)界、業(yè)界、初創(chuàng)公司等各有進(jìn)路,針對(duì)不同元件,以不同新材料來(lái)徹底改造鋰離子電池。 方向一:鋰硅電池 硅(silicon)是其中一種備受看好的材料,前Tesla員工貝迪基夫斯基 (Gene Berdichevsky) 創(chuàng)立的Sila Nanotechnologies就用硅來(lái)著手改善石墨陽(yáng)極:「在六、七年前開(kāi)始已看到石墨的局限,現(xiàn)時(shí)它在電池的熱動(dòng)能基本上已發(fā)揮至極限?!箯慕Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),每個(gè)硅原子可與四個(gè)鋰離子結(jié)合,作為陽(yáng)極材料,與相若重量的石墨相比,可儲(chǔ)存十倍數(shù)量的鋰離子。但這種優(yōu)勢(shì)亦帶來(lái)另一難題,正因?yàn)槟軆?chǔ)存更多的鋰離子,硅陽(yáng)極會(huì)因而劇烈膨脹最高達(dá)400%,充電時(shí)會(huì)自行毀爛。 針對(duì)這個(gè)難題,Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說(shuō)經(jīng)過(guò)三萬(wàn)次嘗試,他們成功創(chuàng)造出一種微米級(jí)大小的球體結(jié)構(gòu),充電時(shí)的膨脹只會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生,外部不受影響。Sila的技術(shù)獲德國(guó)車廠BMW青睞,計(jì)劃在2023年于部分電動(dòng)車上使用這種物料,并預(yù)期可增加10至15%電池能量。事實(shí)上,特斯拉現(xiàn)時(shí)的電池陽(yáng)極已添加了少量的硅,除Sila之外,Enevate、Enovix等初創(chuàng)公司也以硅來(lái)開(kāi)發(fā)電池。 方向二:鋰硫電池 鋰硫電池是另一股開(kāi)發(fā)潮流,即利用硫(sulphur)作為電池陰極。電池專家史尼迪卡(David Snydacker)說(shuō):「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好,但硫陰極勝在夠輕?!共贿^(guò),這種電池重複充電時(shí)會(huì)在陰極中產(chǎn)生「枝晶」(dendrites),有可能穿過(guò)隔膜接觸陽(yáng)極,造成短路。 索尼(Sony)聲稱已解決這個(gè)問(wèn)題,并預(yù)計(jì)于2020年推出使用鋰硫電池的電子產(chǎn)品至市場(chǎng)。同樣針對(duì)陰極改良的還有古迪納夫的學(xué)生葛蕾(Clare Grey),她正著手研製鋰空氣(Lithium-air)電池。理論上,這種電池可有更高的能量密度,但現(xiàn)階段即使在實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法穩(wěn)定地充電,充電次數(shù)也有限,遑論在現(xiàn)實(shí)中使用。 方向三:固態(tài)電池 對(duì)于這些進(jìn)路, 美國(guó)電池初創(chuàng)公司Ionic Materials創(chuàng)辦人齊默爾曼(Mike Zimmerman) 認(rèn)為固態(tài)電池(solid-state battery)才是最終答案:「很多人在研究改良不同的陰極、陽(yáng)極,但對(duì)電池發(fā)展最大的阻力是電解質(zhì),也正是我們努力改進(jìn)之處?!顾^固態(tài)電池,即把現(xiàn)時(shí)電池的電極或液態(tài)電解質(zhì),以一種聚合物的固態(tài)材質(zhì)取代,如玻璃或陶瓷等,這樣做最大好處是電池體積較小且容量高,比現(xiàn)時(shí)液態(tài)的鋰離子電子更便宜和不易燃外,理論上也更快和更長(zhǎng)壽?!竿瑯尤萘肯拢虘B(tài)電池可提供雙倍能量。第一波固態(tài)電池應(yīng)可在無(wú)人機(jī)中看到?!故纺岬峡ㄕf(shuō)。 中國(guó)飛行汽車公司億航(Ehang)的共同創(chuàng)辦人熊逸放則補(bǔ)充:「固態(tài)電池展現(xiàn)出很高的能量密度,可延長(zhǎng)飛行器具的電池壽命,但其他性能例如發(fā)電能力仍有待改進(jìn)?!构虘B(tài)電池何時(shí)能推出市面仍屬未知之?dāng)?shù),豐田(Toyota)車廠便承認(rèn)在量產(chǎn)固態(tài)電池時(shí)仍有些問(wèn)題尚待解決,另一日本車廠日產(chǎn)(Nissan)的研發(fā)及工程高級(jí)副總裁淺見(jiàn)孝雄今年4月時(shí)更說(shuō):「所有固態(tài)電池,大致上都仍處于早期研究階段,現(xiàn)階段『實(shí)際上是零』?!? 方向四:超級(jí)電容 在更遠(yuǎn)的將來(lái),電池可能不再止于鋰離子。英國(guó)初創(chuàng)公司ZapGo正以碳來(lái)研製電池,靈感來(lái)自超級(jí)電容(Supercapacitor)。有別于鋰離子電池所使用的化學(xué)方法,電容儲(chǔ)電以物理方式用電場(chǎng)儲(chǔ)電,就像氣球上的靜電。由于不涉及化學(xué)反應(yīng),電池不會(huì)像鋰離子電池般因長(zhǎng)年累月充電和發(fā)電而快速耗損,故較為長(zhǎng)壽。ZapGo創(chuàng)辦人禾拉(Stephen Voller)聲稱其電池可承受10萬(wàn)次放電,是鋰離子電池的100倍,每天充電的話相當(dāng)于可用30年 鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 ZapGo正研發(fā)超級(jí)電容,視為鋰離子電池未來(lái)出路。(ZapGo圖片) 不過(guò),超級(jí)電容儲(chǔ)電量不及鋰離子電池,亦很快無(wú)電,鋰離子電池充電后能儲(chǔ)電長(zhǎng)達(dá)兩周,超級(jí)電容則只有幾小時(shí)。能源儲(chǔ)存科學(xué)家海格特(Donald Highgate)就認(rèn)為兩者可互補(bǔ),未來(lái)手機(jī)可以既有一、兩分鐘快速充電,又有鋰離子電池作后備:「若有快速充電功能,你可以在攪拌咖啡時(shí),讓手機(jī)在感應(yīng)線圈上充電?!沟@樣做,需要對(duì)充電器作出修改,因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋰離子電池的充電設(shè)計(jì)是刻意減慢充電速度以防止起火,而ZapGo或任何超級(jí)電容系統(tǒng)則需要與之相反的充電器。 ZapGo現(xiàn)時(shí)仍不夠能量推動(dòng)一部手機(jī),禾拉預(yù)計(jì)要到2022年或「iPhone 15」推出時(shí)才能面世。然而,包括戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院(Dyson School of Design Engineering)谷巴(Sam Cooper)在內(nèi)的一些專家質(zhì)疑,電器商對(duì)這種長(zhǎng)壽電池是否感興趣:「對(duì)手機(jī)製造商來(lái)說(shuō),有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)誘因讓他們的手機(jī)在推出下一代時(shí)就『死亡』?!? 一枚鋰離子電池造就了一個(gè)科技時(shí)代,這場(chǎng)最新的電池研發(fā)競(jìng)賽鹿死誰(shuí)手仍言之過(guò)早,但勝出者很可能會(huì)改寫出另一個(gè)科技時(shí)代。本文來(lái)源全球無(wú)人機(jī)網(wǎng)(www.lvyoudm.com),原文鏈接:http://www.lvyoudm.com/uav-news/201808/11/40834.html
鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 種種問(wèn)題使現(xiàn)有的鋰離子電池逐漸走到盡頭,難以應(yīng)付未來(lái)的科技潮流。(詳見(jiàn)前文:【科技.未來(lái)】物料廿多年未變 鋰離子電池陷瓶頸)科學(xué)界、業(yè)界、初創(chuàng)公司等各有進(jìn)路,針對(duì)不同元件,以不同新材料來(lái)徹底改造鋰離子電池。 方向一:鋰硅電池 硅(silicon)是其中一種備受看好的材料,前Tesla員工貝迪基夫斯基 (Gene Berdichevsky) 創(chuàng)立的Sila Nanotechnologies就用硅來(lái)著手改善石墨陽(yáng)極:「在六、七年前開(kāi)始已看到石墨的局限,現(xiàn)時(shí)它在電池的熱動(dòng)能基本上已發(fā)揮至極限?!箯慕Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),每個(gè)硅原子可與四個(gè)鋰離子結(jié)合,作為陽(yáng)極材料,與相若重量的石墨相比,可儲(chǔ)存十倍數(shù)量的鋰離子。但這種優(yōu)勢(shì)亦帶來(lái)另一難題,正因?yàn)槟軆?chǔ)存更多的鋰離子,硅陽(yáng)極會(huì)因而劇烈膨脹最高達(dá)400%,充電時(shí)會(huì)自行毀爛。 針對(duì)這個(gè)難題,Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說(shuō)經(jīng)過(guò)三萬(wàn)次嘗試,他們成功創(chuàng)造出一種微米級(jí)大小的球體結(jié)構(gòu),充電時(shí)的膨脹只會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生,外部不受影響。Sila的技術(shù)獲德國(guó)車廠BMW青睞,計(jì)劃在2023年于部分電動(dòng)車上使用這種物料,并預(yù)期可增加10至15%電池能量。事實(shí)上,特斯拉現(xiàn)時(shí)的電池陽(yáng)極已添加了少量的硅,除Sila之外,Enevate、Enovix等初創(chuàng)公司也以硅來(lái)開(kāi)發(fā)電池。 方向二:鋰硫電池 鋰硫電池是另一股開(kāi)發(fā)潮流,即利用硫(sulphur)作為電池陰極。電池專家史尼迪卡(David Snydacker)說(shuō):「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好,但硫陰極勝在夠輕。」不過(guò),這種電池重複充電時(shí)會(huì)在陰極中產(chǎn)生「枝晶」(dendrites),有可能穿過(guò)隔膜接觸陽(yáng)極,造成短路。 索尼(Sony)聲稱已解決這個(gè)問(wèn)題,并預(yù)計(jì)于2020年推出使用鋰硫電池的電子產(chǎn)品至市場(chǎng)。同樣針對(duì)陰極改良的還有古迪納夫的學(xué)生葛蕾(Clare Grey),她正著手研製鋰空氣(Lithium-air)電池。理論上,這種電池可有更高的能量密度,但現(xiàn)階段即使在實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法穩(wěn)定地充電,充電次數(shù)也有限,遑論在現(xiàn)實(shí)中使用。 方向三:固態(tài)電池 對(duì)于這些進(jìn)路, 美國(guó)電池初創(chuàng)公司Ionic Materials創(chuàng)辦人齊默爾曼(Mike Zimmerman) 認(rèn)為固態(tài)電池(solid-state battery)才是最終答案:「很多人在研究改良不同的陰極、陽(yáng)極,但對(duì)電池發(fā)展最大的阻力是電解質(zhì),也正是我們努力改進(jìn)之處?!顾^固態(tài)電池,即把現(xiàn)時(shí)電池的電極或液態(tài)電解質(zhì),以一種聚合物的固態(tài)材質(zhì)取代,如玻璃或陶瓷等,這樣做最大好處是電池體積較小且容量高,比現(xiàn)時(shí)液態(tài)的鋰離子電子更便宜和不易燃外,理論上也更快和更長(zhǎng)壽?!竿瑯尤萘肯?,固態(tài)電池可提供雙倍能量。第一波固態(tài)電池應(yīng)可在無(wú)人機(jī)中看到?!故纺岬峡ㄕf(shuō)。 中國(guó)飛行汽車公司億航(Ehang)的共同創(chuàng)辦人熊逸放則補(bǔ)充:「固態(tài)電池展現(xiàn)出很高的能量密度,可延長(zhǎng)飛行器具的電池壽命,但其他性能例如發(fā)電能力仍有待改進(jìn)?!构虘B(tài)電池何時(shí)能推出市面仍屬未知之?dāng)?shù),豐田(Toyota)車廠便承認(rèn)在量產(chǎn)固態(tài)電池時(shí)仍有些問(wèn)題尚待解決,另一日本車廠日產(chǎn)(Nissan)的研發(fā)及工程高級(jí)副總裁淺見(jiàn)孝雄今年4月時(shí)更說(shuō):「所有固態(tài)電池,大致上都仍處于早期研究階段,現(xiàn)階段『實(shí)際上是零』?!? 方向四:超級(jí)電容 在更遠(yuǎn)的將來(lái),電池可能不再止于鋰離子。英國(guó)初創(chuàng)公司ZapGo正以碳來(lái)研製電池,靈感來(lái)自超級(jí)電容(Supercapacitor)。有別于鋰離子電池所使用的化學(xué)方法,電容儲(chǔ)電以物理方式用電場(chǎng)儲(chǔ)電,就像氣球上的靜電。由于不涉及化學(xué)反應(yīng),電池不會(huì)像鋰離子電池般因長(zhǎng)年累月充電和發(fā)電而快速耗損,故較為長(zhǎng)壽。ZapGo創(chuàng)辦人禾拉(Stephen Voller)聲稱其電池可承受10萬(wàn)次放電,是鋰離子電池的100倍,每天充電的話相當(dāng)于可用30年 鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 ZapGo正研發(fā)超級(jí)電容,視為鋰離子電池未來(lái)出路。(ZapGo圖片) 不過(guò),超級(jí)電容儲(chǔ)電量不及鋰離子電池,亦很快無(wú)電,鋰離子電池充電后能儲(chǔ)電長(zhǎng)達(dá)兩周,超級(jí)電容則只有幾小時(shí)。能源儲(chǔ)存科學(xué)家海格特(Donald Highgate)就認(rèn)為兩者可互補(bǔ),未來(lái)手機(jī)可以既有一、兩分鐘快速充電,又有鋰離子電池作后備:「若有快速充電功能,你可以在攪拌咖啡時(shí),讓手機(jī)在感應(yīng)線圈上充電?!沟@樣做,需要對(duì)充電器作出修改,因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋰離子電池的充電設(shè)計(jì)是刻意減慢充電速度以防止起火,而ZapGo或任何超級(jí)電容系統(tǒng)則需要與之相反的充電器。 ZapGo現(xiàn)時(shí)仍不夠能量推動(dòng)一部手機(jī),禾拉預(yù)計(jì)要到2022年或「iPhone 15」推出時(shí)才能面世。然而,包括戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院(Dyson School of Design Engineering)谷巴(Sam Cooper)在內(nèi)的一些專家質(zhì)疑,電器商對(duì)這種長(zhǎng)壽電池是否感興趣:「對(duì)手機(jī)製造商來(lái)說(shuō),有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)誘因讓他們的手機(jī)在推出下一代時(shí)就『死亡』。」 一枚鋰離子電池造就了一個(gè)科技時(shí)代,這場(chǎng)最新的電池研發(fā)競(jìng)賽鹿死誰(shuí)手仍言之過(guò)早,但勝出者很可能會(huì)改寫出另一個(gè)科技時(shí)代。本文來(lái)源全球無(wú)人機(jī)網(wǎng)(www.lvyoudm.com),原文鏈接:http://www.lvyoudm.com/uav-news/201808/11/40834.html
鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 種種問(wèn)題使現(xiàn)有的鋰離子電池逐漸走到盡頭,難以應(yīng)付未來(lái)的科技潮流。(詳見(jiàn)前文:【科技.未來(lái)】物料廿多年未變 鋰離子電池陷瓶頸)科學(xué)界、業(yè)界、初創(chuàng)公司等各有進(jìn)路,針對(duì)不同元件,以不同新材料來(lái)徹底改造鋰離子電池。 方向一:鋰硅電池 硅(silicon)是其中一種備受看好的材料,前Tesla員工貝迪基夫斯基 (Gene Berdichevsky) 創(chuàng)立的Sila Nanotechnologies就用硅來(lái)著手改善石墨陽(yáng)極:「在六、七年前開(kāi)始已看到石墨的局限,現(xiàn)時(shí)它在電池的熱動(dòng)能基本上已發(fā)揮至極限?!箯慕Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),每個(gè)硅原子可與四個(gè)鋰離子結(jié)合,作為陽(yáng)極材料,與相若重量的石墨相比,可儲(chǔ)存十倍數(shù)量的鋰離子。但這種優(yōu)勢(shì)亦帶來(lái)另一難題,正因?yàn)槟軆?chǔ)存更多的鋰離子,硅陽(yáng)極會(huì)因而劇烈膨脹最高達(dá)400%,充電時(shí)會(huì)自行毀爛。 針對(duì)這個(gè)難題,Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說(shuō)經(jīng)過(guò)三萬(wàn)次嘗試,他們成功創(chuàng)造出一種微米級(jí)大小的球體結(jié)構(gòu),充電時(shí)的膨脹只會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生,外部不受影響。Sila的技術(shù)獲德國(guó)車廠BMW青睞,計(jì)劃在2023年于部分電動(dòng)車上使用這種物料,并預(yù)期可增加10至15%電池能量。事實(shí)上,特斯拉現(xiàn)時(shí)的電池陽(yáng)極已添加了少量的硅,除Sila之外,Enevate、Enovix等初創(chuàng)公司也以硅來(lái)開(kāi)發(fā)電池。 方向二:鋰硫電池 鋰硫電池是另一股開(kāi)發(fā)潮流,即利用硫(sulphur)作為電池陰極。電池專家史尼迪卡(David Snydacker)說(shuō):「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好,但硫陰極勝在夠輕?!共贿^(guò),這種電池重複充電時(shí)會(huì)在陰極中產(chǎn)生「枝晶」(dendrites),有可能穿過(guò)隔膜接觸陽(yáng)極,造成短路。 索尼(Sony)聲稱已解決這個(gè)問(wèn)題,并預(yù)計(jì)于2020年推出使用鋰硫電池的電子產(chǎn)品至市場(chǎng)。同樣針對(duì)陰極改良的還有古迪納夫的學(xué)生葛蕾(Clare Grey),她正著手研製鋰空氣(Lithium-air)電池。理論上,這種電池可有更高的能量密度,但現(xiàn)階段即使在實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法穩(wěn)定地充電,充電次數(shù)也有限,遑論在現(xiàn)實(shí)中使用。 方向三:固態(tài)電池 對(duì)于這些進(jìn)路, 美國(guó)電池初創(chuàng)公司Ionic Materials創(chuàng)辦人齊默爾曼(Mike Zimmerman) 認(rèn)為固態(tài)電池(solid-state battery)才是最終答案:「很多人在研究改良不同的陰極、陽(yáng)極,但對(duì)電池發(fā)展最大的阻力是電解質(zhì),也正是我們努力改進(jìn)之處?!顾^固態(tài)電池,即把現(xiàn)時(shí)電池的電極或液態(tài)電解質(zhì),以一種聚合物的固態(tài)材質(zhì)取代,如玻璃或陶瓷等,這樣做最大好處是電池體積較小且容量高,比現(xiàn)時(shí)液態(tài)的鋰離子電子更便宜和不易燃外,理論上也更快和更長(zhǎng)壽。「同樣容量下,固態(tài)電池可提供雙倍能量。第一波固態(tài)電池應(yīng)可在無(wú)人機(jī)中看到?!故纺岬峡ㄕf(shuō)。 中國(guó)飛行汽車公司億航(Ehang)的共同創(chuàng)辦人熊逸放則補(bǔ)充:「固態(tài)電池展現(xiàn)出很高的能量密度,可延長(zhǎng)飛行器具的電池壽命,但其他性能例如發(fā)電能力仍有待改進(jìn)?!构虘B(tài)電池何時(shí)能推出市面仍屬未知之?dāng)?shù),豐田(Toyota)車廠便承認(rèn)在量產(chǎn)固態(tài)電池時(shí)仍有些問(wèn)題尚待解決,另一日本車廠日產(chǎn)(Nissan)的研發(fā)及工程高級(jí)副總裁淺見(jiàn)孝雄今年4月時(shí)更說(shuō):「所有固態(tài)電池,大致上都仍處于早期研究階段,現(xiàn)階段『實(shí)際上是零』?!? 方向四:超級(jí)電容 在更遠(yuǎn)的將來(lái),電池可能不再止于鋰離子。英國(guó)初創(chuàng)公司ZapGo正以碳來(lái)研製電池,靈感來(lái)自超級(jí)電容(Supercapacitor)。有別于鋰離子電池所使用的化學(xué)方法,電容儲(chǔ)電以物理方式用電場(chǎng)儲(chǔ)電,就像氣球上的靜電。由于不涉及化學(xué)反應(yīng),電池不會(huì)像鋰離子電池般因長(zhǎng)年累月充電和發(fā)電而快速耗損,故較為長(zhǎng)壽。ZapGo創(chuàng)辦人禾拉(Stephen Voller)聲稱其電池可承受10萬(wàn)次放電,是鋰離子電池的100倍,每天充電的話相當(dāng)于可用30年 鋰電池潛力已開(kāi)發(fā)至極限?新電池開(kāi)發(fā)競(jìng)賽開(kāi)始 ZapGo正研發(fā)超級(jí)電容,視為鋰離子電池未來(lái)出路。(ZapGo圖片) 不過(guò),超級(jí)電容儲(chǔ)電量不及鋰離子電池,亦很快無(wú)電,鋰離子電池充電后能儲(chǔ)電長(zhǎng)達(dá)兩周,超級(jí)電容則只有幾小時(shí)。能源儲(chǔ)存科學(xué)家海格特(Donald Highgate)就認(rèn)為兩者可互補(bǔ),未來(lái)手機(jī)可以既有一、兩分鐘快速充電,又有鋰離子電池作后備:「若有快速充電功能,你可以在攪拌咖啡時(shí),讓手機(jī)在感應(yīng)線圈上充電?!沟@樣做,需要對(duì)充電器作出修改,因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋰離子電池的充電設(shè)計(jì)是刻意減慢充電速度以防止起火,而ZapGo或任何超級(jí)電容系統(tǒng)則需要與之相反的充電器。 ZapGo現(xiàn)時(shí)仍不夠能量推動(dòng)一部手機(jī),禾拉預(yù)計(jì)要到2022年或「iPhone 15」推出時(shí)才能面世。然而,包括戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院(Dyson School of Design Engineering)谷巴(Sam Cooper)在內(nèi)的一些專家質(zhì)疑,電器商對(duì)這種長(zhǎng)壽電池是否感興趣:「對(duì)手機(jī)製造商來(lái)說(shuō),有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)誘因讓他們的手機(jī)在推出下一代時(shí)就『死亡』?!? 一枚鋰離子電池造就了一個(gè)科技時(shí)代,這場(chǎng)最新的電池研發(fā)競(jìng)賽鹿死誰(shuí)手仍言之過(guò)早,但勝出者很可能會(huì)改寫出另一個(gè)科技時(shí)代。本文來(lái)源全球無(wú)人機(jī)網(wǎng)(www.lvyoudm.com),原文鏈接:http://www.lvyoudm.com/uav-news/201808/11/40834.html
當(dāng)手機(jī)已從「大哥大」演變到智能電話,鋰離子電池面世廿多年來(lái)卻大同小異,離技術(shù)瓶頸極限不遠(yuǎn)。5G、電動(dòng)車、太陽(yáng)能電網(wǎng)、飛行汽車(flying cars)等各種未來(lái)潮流紛紛涌至,正需要一場(chǎng)電池革命來(lái)支持。種種問(wèn)題使現(xiàn)有的鋰離子電池逐漸走到盡頭,難以應(yīng)付未來(lái)的科技潮流。(詳見(jiàn)前文:【科技.未來(lái)】物料廿多年未變 鋰離子電池陷瓶頸)科學(xué)界、業(yè)界、初創(chuàng)公司等各有進(jìn)路,針對(duì)不同元件,以不同新材料來(lái)徹底改造鋰離子電池。
方向一:鋰硅電池
硅(silicon)是其中一種備受看好的材料,前Tesla員工貝迪基夫斯基 (Gene Berdichevsky) 創(chuàng)立的Sila Nanotechnologies就用硅來(lái)著手改善石墨陽(yáng)極:「在六、七年前開(kāi)始已看到石墨的局限,現(xiàn)時(shí)它在電池的熱動(dòng)能基本上已發(fā)揮至極限?!箯慕Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),每個(gè)硅原子可與四個(gè)鋰離子結(jié)合,作為陽(yáng)極材料,與相若重量的石墨相比,可儲(chǔ)存十倍數(shù)量的鋰離子。但這種優(yōu)勢(shì)亦帶來(lái)另一難題,正因?yàn)槟軆?chǔ)存更多的鋰離子,硅陽(yáng)極會(huì)因而劇烈膨脹最高達(dá)400%,充電時(shí)會(huì)自行毀爛。
針對(duì)這個(gè)難題,Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說(shuō)經(jīng)過(guò)三萬(wàn)次嘗試,他們成功創(chuàng)造出一種微米級(jí)大小的球體結(jié)構(gòu),充電時(shí)的膨脹只會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生,外部不受影響。Sila的技術(shù)獲德國(guó)車廠BMW青睞,計(jì)劃在2023年于部分電動(dòng)車上使用這種物料,并預(yù)期可增加10至15%電池能量。事實(shí)上,特斯拉現(xiàn)時(shí)的電池陽(yáng)極已添加了少量的硅,除Sila之外,Enevate、Enovix等初創(chuàng)公司也以硅來(lái)開(kāi)發(fā)電池。
方向二:鋰硫電池
鋰硫電池是另一股開(kāi)發(fā)潮流,即利用硫(sulphur)作為電池陰極。電池專家史尼迪卡(David Snydacker)說(shuō):「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好,但硫陰極勝在夠輕?!共贿^(guò),這種電池重復(fù)充電時(shí)會(huì)在陰極中產(chǎn)生「枝晶」(dendrites),有可能穿過(guò)隔膜接觸陽(yáng)極,造成短路。
索尼(Sony)聲稱已解決這個(gè)問(wèn)題,并預(yù)計(jì)于2020年推出使用鋰硫電池的電子產(chǎn)品至市場(chǎng)。同樣針對(duì)陰極改良的還有古迪納夫的學(xué)生葛蕾(Clare Grey),她正著手研制鋰空氣(Lithium-air)電池。理論上,這種電池可有更高的能量密度,但現(xiàn)階段即使在實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法穩(wěn)定地充電,充電次數(shù)也有限,遑論在現(xiàn)實(shí)中使用。
方向三:固態(tài)電池
對(duì)于這些進(jìn)路, 美國(guó)電池初創(chuàng)公司Ionic Materials創(chuàng)辦人齊默爾曼(Mike Zimmerman) 認(rèn)為固態(tài)電池(solid-state battery)才是最終答案:「很多人在研究改良不同的陰極、陽(yáng)極,但對(duì)電池發(fā)展最大的阻力是電解質(zhì),也正是我們努力改進(jìn)之處?!顾^固態(tài)電池,即把現(xiàn)時(shí)電池的電極或液態(tài)電解質(zhì),以一種聚合物的固態(tài)材質(zhì)取代,如玻璃或陶瓷等,這樣做最大好處是電池體積較小且容量高,比現(xiàn)時(shí)液態(tài)的鋰離子電子更便宜和不易燃外,理論上也更快和更長(zhǎng)壽?!竿瑯尤萘肯拢虘B(tài)電池可提供雙倍能量。第一波固態(tài)電池應(yīng)可在無(wú)人機(jī)中看到?!故纺岬峡ㄕf(shuō)。
中國(guó)飛行汽車公司億航(Ehang)的共同創(chuàng)辦人熊逸放則補(bǔ)充:「固態(tài)電池展現(xiàn)出很高的能量密度,可延長(zhǎng)飛行器具的電池壽命,但其他性能例如發(fā)電能力仍有待改進(jìn)。」固態(tài)電池何時(shí)能推出市面仍屬未知之?dāng)?shù),豐田(Toyota)車廠便承認(rèn)在量產(chǎn)固態(tài)電池時(shí)仍有些問(wèn)題尚待解決,另一日本車廠日產(chǎn)(Nissan)的研發(fā)及工程高級(jí)副總裁淺見(jiàn)孝雄今年4月時(shí)更說(shuō):「所有固態(tài)電池,大致上都仍處于早期研究階段,現(xiàn)階段『實(shí)際上是零』?!?br />
方向四:超級(jí)電容
在更遠(yuǎn)的將來(lái),電池可能不再止于鋰離子。英國(guó)初創(chuàng)公司ZapGo正以碳來(lái)研制電池,靈感來(lái)自超級(jí)電容(Supercapacitor)。有別于鋰離子電池所使用的化學(xué)方法,電容儲(chǔ)電以物理方式用電場(chǎng)儲(chǔ)電,就像氣球上的靜電。由于不涉及化學(xué)反應(yīng),電池不會(huì)像鋰離子電池般因長(zhǎng)年累月充電和發(fā)電而快速耗損,故較為長(zhǎng)壽。ZapGo創(chuàng)辦人禾拉(Stephen Voller)聲稱其電池可承受10萬(wàn)次放電,是鋰離子電池的100倍,每天充電的話相當(dāng)于可用30年
不過(guò),超級(jí)電容儲(chǔ)電量不及鋰離子電池,亦很快無(wú)電,鋰離子電池充電后能儲(chǔ)電長(zhǎng)達(dá)兩周,超級(jí)電容則只有幾小時(shí)。能源儲(chǔ)存科學(xué)家海格特(Donald Highgate)就認(rèn)為兩者可互補(bǔ),未來(lái)手機(jī)可以既有一、兩分鐘快速充電,又有鋰離子電池作后備:「若有快速充電功能,你可以在攪拌咖啡時(shí),讓手機(jī)在感應(yīng)線圈上充電?!沟@樣做,需要對(duì)充電器作出修改,因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋰離子電池的充電設(shè)計(jì)是刻意減慢充電速度以防止起火,而ZapGo或任何超級(jí)電容系統(tǒng)則需要與之相反的充電器。
ZapGo現(xiàn)時(shí)仍不夠能量推動(dòng)一部手機(jī),禾拉預(yù)計(jì)要到2022年或「iPhone 15」推出時(shí)才能面世。然而,包括戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院(Dyson School of Design Engineering)谷巴(Sam Cooper)在內(nèi)的一些專家質(zhì)疑,電器商對(duì)這種長(zhǎng)壽電池是否感興趣:「對(duì)手機(jī)制造商來(lái)說(shuō),有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)誘因讓他們的手機(jī)在推出下一代時(shí)就『死亡』?!?br />
一枚鋰離子電池造就了一個(gè)科技時(shí)代,這場(chǎng)最新的電池研發(fā)競(jìng)賽鹿死誰(shuí)手仍言之過(guò)早,但勝出者很可能會(huì)改寫出另一個(gè)科技時(shí)代。