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锂离子电池技术有了新突破
锂离子电池技术有了新突破
  • 发布时间:2021-01-19 16:54

锂离子电池技术有了新突破

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锂离子电池在几分钟内充电70%的新突破


锂离子电池是人们非常熟悉的电子产品,现在广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等产品中。但锂离子电池也有充电时间长、寿命短的名声。最近,新加坡南洋理工大学(nanyangtechnologicaluniversity)的一个团队发明了一种新型快速充电电池。这种电池可以在两分钟内充满70%的电量,并且可以使用20年,是当时电池使用时间的10倍。


锂离子电池重要由正极信息(如锂钴氧)、电解质和负极信息(如石墨)组成。充电时,锂离子从阳极锂钴氧晶格中析出,通过电解液嵌入片状石墨中。锂离子在放电过程中从片状石墨晶格中逸出,经过电解液后嵌入到锂钴氧中。在充放电过程中,锂离子在正极和负极之间来回运输,因此锂离子电池也被称为摇椅电池。近年来,科学家们一直在开发新的锂离子电池,尤其是高容量的锂硫电池、锂氧电池和纳米硅电池,但由于其组成混乱、成本高、使用寿命短等原因,很多效果并没有得到推广。


传统的锂离子电池不能快速充电,重要是由于石墨电极的安全特性。当电池工作时,在电极表面形成固体电解质膜,阻挡了锂离子的脚步,降低了锂离子的运输速度。这种新型锂离子电池的不同寻常之处在于,它使用超长的二氧化钛纳米管凝胶代替传统的石墨材料作为阴极。这种新材料不形成电解质膜,而且锂离子可以快速嵌入,实现快速充电。由于一维二氧化钛纳米凝胶的特殊结构,新电池在使用寿命方面取得了突破,其循环次数达到了数万次。假定一天的费用,可以使用20多年。而且,本研究采用的二氧化钛(俗称钛白粉)材料成本低,易于加工,电池重复性好,可靠性高,并可与现有技术无缝对接,其工业应用前景十分广阔。


锂离子电池在20世纪70年代被引入,索尼在1991年公布了第一款商用锂离子电池,重新发明了消费电子产品。锂离子电池虽然得到了广泛的应用,但其电池寿命和使用寿命并没有得到有效的突破,这也制约了电动汽车等行业的快速发展。这一新突破可能对许多领域出现广泛影响。在移动设备中,新的电池可以防止一些电子设备的强制屏蔽。电动汽车领域也将大大受益,不仅因为可以缩短充电时间从几小时到几分钟,还因为用户不要经常改变昂贵的电池组(成本约为10000美元),这为进一步推广电动汽车带来了益处。


然而,当时锂离子电池的发展面对着瓶颈:假如要提高容量,就必须牺牲充电速度和循环寿命,很难保持较高的容量。在未来,更换电池,一方面,要推进安全功能,如固体半固态电解质的研究,另一方面,要加快研究和开发大容量正极数据,实现突破,锂离子电池的能量密度。综上所述,电池的正负极与电解液数据要协同工作,才能在形式、容量等方面取得更大的进步。


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