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閱讀：155發(fā)布時(shí)間：2024-5-7
新興電池技術(shù)具有影響各個(gè)行業(yè)的巨大潛力，從能源轉(zhuǎn)型、電動(dòng)汽車到醫(yī)療應(yīng)用。
AI 生成的實(shí)驗(yàn)圖像，以生成電池
從汽車到醫(yī)療器械到儲(chǔ)能，現(xiàn)代生活廣泛依賴電池。高效存儲(chǔ)能量的能力對(duì)于為從小型設(shè)備到大型 SUV 等設(shè)備供電至關(guān)重要。因此，人們不斷努力提高電池性能。電池技術(shù)前景如何？在不久的將來(lái)我們可以期待哪些突破？
氧離子電池：一種新的長(zhǎng)壽命解決方案
維也納科技大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種氧離子電池，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，它具有多種優(yōu)勢(shì)。盡管氧離子電池的能量密度較低，但其存儲(chǔ)容量可以再生，從而有可能延長(zhǎng)使用壽命。這些電池由不燃材料制成，不需要稀有元素，使其成為存儲(chǔ)可再生能源電能的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇。
繼鋰離子電池之后：氧離子電池
鋰離子電池?zé)o處不在。但這并不意味著它們是所有應(yīng)用領(lǐng)域的解決方案。維也納科技大學(xué)（TU Wien）的研究人員現(xiàn)已開發(fā)出氧離子電池該機(jī)構(gòu)在一份聲明中宣布，這提供了一些重要的優(yōu)勢(shì)新聞稿。盡管它的能量密度不如鋰離子電池，但其存儲(chǔ)容量不會(huì)隨著時(shí)間的推移而不可逆轉(zhuǎn)地減少：它可以再生，因此可以實(shí)現(xiàn)極長(zhǎng)的使用壽命。
此外，氧離子電池可以在不使用稀有元素的情況下生產(chǎn)，并且由不燃材料制成。氧離子電池可能是大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的解決方案，例如存儲(chǔ)來(lái)自可再生能源的電能
用于醫(yī)療保健的可拉伸和可生物降解的電池
約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)的奧地利研究人員創(chuàng)造了個(gè)可拉伸和可生物降解的電池。這種創(chuàng)新電池是水溶性的，很容易在體內(nèi)分解，設(shè)計(jì)用于可穿戴設(shè)備和醫(yī)療植入物。現(xiàn)有電池通常含有有毒金屬且難以回收，但這一突破通過(guò)在其結(jié)構(gòu)中使用彈性體、鎂、氧化鉬和可生物降解凝膠克服了這些限制。
柔軟且可拉伸的電子產(chǎn)品和機(jī)器人技術(shù)有望帶來(lái)新的應(yīng)用。例如，醫(yī)療保健可以從可穿戴設(shè)備或植入式電子產(chǎn)品中受益。例如，用于測(cè)量健康數(shù)據(jù)的一次性傳感器或在體內(nèi)釋放藥物的智能植入物。該研究課題很復(fù)雜，讓世界各地的科學(xué)家們忙碌不已。其成就之一是個(gè)可拉伸和可生物降解的電池。它只有幾厘米大小，有潛力為未來(lái)的智能健康產(chǎn)品提供能量。它的是馬丁·卡爾滕布倫納教授和他的博士生約翰開普勒大學(xué) (JKU)在奧地利林茨。
用于鋰離子電池的革命性激光技術(shù)
弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的研究人員開發(fā)了兩種突破性的激光制造工藝，可提高鋰離子電池生產(chǎn)的能源效率。二極管激光干燥系統(tǒng)可降低 50% 的能耗，并將工業(yè)規(guī)模的空間需求降低 60%。高功率超短脈沖 (USP) 激光器還在電池電極中創(chuàng)建鋰離子高速公路，提高功率密度和使用壽命。
弗勞恩霍夫在一份報(bào)告中表示，亞琛弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 (ILT) 的研究人員開發(fā)了兩種突破性的激光制造工藝，可提高鋰離子電池生產(chǎn)的能源效率。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)殡姵丶夹g(shù)是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
與傳統(tǒng)方法相比，新型二極管激光干燥系統(tǒng)可減少 50% 的能耗，并將工業(yè)規(guī)模系統(tǒng)所需的空間減少 60%。第二項(xiàng)創(chuàng)新是高功率超短脈沖 (USP) 激光器，它可以在電池電極中創(chuàng)建通道，從而提高功率密度和使用壽命。這些通道充當(dāng)鋰離子高速公路，縮短充電過(guò)程并防止缺陷，最終延長(zhǎng)電池的使用壽命。下一步是將技術(shù)從原型擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)線。
使用鹽混合物延長(zhǎng)電池使用壽命
來(lái)自代爾夫特的荷蘭科學(xué)家開發(fā)出了一種通過(guò)將五種鹽混合在一起來(lái)延長(zhǎng)鋰離子電池壽命的方法。這種創(chuàng)新方法可以穩(wěn)定破損的電解質(zhì)層，延長(zhǎng)電池壽命，并在電動(dòng)汽車以及太陽(yáng)能和風(fēng)能的短期存儲(chǔ)方面提供優(yōu)勢(shì)。研究人員還在探索這種電解質(zhì)概念在下一代鈉離子電池中的潛在應(yīng)用，這可以減少對(duì)鋰的依賴。
電池的進(jìn)步對(duì)于能源轉(zhuǎn)型非常重要。現(xiàn)在，馬尼克斯·瓦格梅克荷蘭電化學(xué)儲(chǔ)能教授和他的同事們?cè)黾恿穗姵氐幕靵y度將五種鹽混合在一起。這種混亂很快就變成了令人矚目的事情：電池壽命顯著延長(zhǎng)。“鋰離子電池的使用壽命是這個(gè)難題的重要組成部分，特別是對(duì)于新一代電池而言。"
瓦格梅克接著說(shuō)，這很可能是一件大事。因?yàn)閾?jù)研究人員稱，即使使用壽命延長(zhǎng)百分之十也已經(jīng)是相關(guān)的。該電解質(zhì)的大規(guī)模測(cè)試尚未進(jìn)行。“但在我們的實(shí)驗(yàn)室中，由于這一突破，幾種類型的鋰離子電池的使用壽命有時(shí)可達(dá)兩倍。"
鋰離子電池陽(yáng)極的突破性創(chuàng)新
浦項(xiàng)科技大學(xué)和西江大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種用于鋰離子電池的高容量陽(yáng)極材料，該材料有可能將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加十倍。通過(guò)用硅陽(yáng)極和層狀充電聚合物取代傳統(tǒng)的石墨陽(yáng)極，他們創(chuàng)造了一種穩(wěn)定可靠的材料。這一進(jìn)步可以滿足電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)Ω呷萘侩姵夭粩嘣鲩L(zhǎng)的需求，并有助于通過(guò)電動(dòng)汽車的采用來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化。
快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)高容量電池的需求促使研究人員探索新的解決方案。浦項(xiàng)科技大學(xué)教授 Soojin Park（化學(xué)系）和 Youn Soo Kim（材料科學(xué)與工程系）與西江大學(xué) Jaegeon Ryu 教授（化學(xué)與生物分子工程系）共同開發(fā)了一種用于高容量陽(yáng)極的帶電聚合物粘合劑材料。這一突破不僅提高了鋰離子電池的容量，而且保持了穩(wěn)定性和可靠性，解決了傳統(tǒng)石墨陽(yáng)極的局限性。
硅等高容量陽(yáng)極材料對(duì)于制造高能量密度鋰離子電池至關(guān)重要。這些材料的容量至少是石墨或其他現(xiàn)有陽(yáng)極材料的十倍。然而，這些高容量負(fù)極材料在與鋰反應(yīng)過(guò)程中的體積膨脹對(duì)電池性能和穩(wěn)定性提出了重大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的研究主要集中在化學(xué)交聯(lián)和氫鍵作為潛在的解決方案，但每種方法都有其缺點(diǎn)。
用于可再生能源存儲(chǔ)的鹽電池
機(jī)械工程師 Jelle Houben 和同事 Pim Donkers 開發(fā)了一種閉環(huán)系統(tǒng)，使用鹽片來(lái)存儲(chǔ)可再生能源。與傳統(tǒng)電池相比，這種可充電鹽電池可提供更持久、更高容量的存儲(chǔ)。該技術(shù)的工作原理是將電能轉(zhuǎn)化為熱量，加熱流經(jīng)含鹽蒸發(fā)器的液體（油或水），從而實(shí)現(xiàn)熱量?jī)?chǔ)存和釋放。這種鹽電池可以改變可再生能源存儲(chǔ)，并為無(wú)天然氣的建筑環(huán)境做出貢獻(xiàn)。
這種閉環(huán)系統(tǒng)由 TU/e 的子公司 Cellcius 進(jìn)一步開發(fā)，并獲得了比爾·蓋茨氣候基金的財(cái)政支持，用于鹽電池開發(fā)研究。添加某些稱為“摻雜劑"的添加劑可以加快電池的響應(yīng)速度。
由機(jī)械工程師 Jelle Houben看來(lái)，在不久的將來(lái)，每個(gè)家庭都會(huì)擁有一臺(tái)裝滿鹽片的大冰箱大小的設(shè)備。該設(shè)備中存儲(chǔ)的能量可用于為我們的房屋供暖，當(dāng)電池耗盡時(shí)，可以使用可再生能源進(jìn)行充電。一種環(huán)保解決方案，有助于創(chuàng)造無(wú)天然氣的建筑環(huán)境。
更多能源、更便宜、更安全：Altech 和 Fraunhofer 攜手開創(chuàng)固態(tài)電池技術(shù)
Altech Batteries Ltd 和德國(guó)電池研究所 Fraunhofer IKTS 成立了一家合資企業(yè)，將 100 MWh 鈉氧化鋁固態(tài) (SAS) 電池項(xiàng)目商業(yè)化，賽能，位于德國(guó)薩克森州。此次合作旨在利用 SAS 電池改變電網(wǎng)儲(chǔ)能，提供更高的能量容量、更低的生產(chǎn)成本以及更安全的鋰離子電池替代品。電網(wǎng)儲(chǔ)能市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2022年的44億美元增長(zhǎng)到2027年的151億美元。CERENERGY電池預(yù)計(jì)比鋰離子電池便宜40%-50%。
Fraunhofer IKTS 在過(guò)去八年里開發(fā)的 CERENERGY 技術(shù)標(biāo)志著電池技術(shù)的重大進(jìn)步。這些鈉氧化鋁固態(tài)電池，也稱為氯化鈉鎳電池，采用高純度氧化鋁作為關(guān)鍵陶瓷固態(tài)電解質(zhì)。這種電解液與 Altech 的核心業(yè)務(wù)和能力密切相關(guān)。
結(jié)論
新興電池技術(shù)具有巨大的潛力，可以影響從能源轉(zhuǎn)型、電動(dòng)汽車到醫(yī)療應(yīng)用等各個(gè)行業(yè)。隨著這些創(chuàng)新的進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，我們可以預(yù)期能源存儲(chǔ)、效率和可持續(xù)性方面將取得重大進(jìn)步。這場(chǎng)競(jìng)賽正在決定哪些突破將最終定義我們的未來(lái)。
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