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中国、德国等科学家发布三项锂电新成成果

来源:锂电网 | 作者:admin | 分类:曝光 | 时间:2018-03-02 | 浏览:15055
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中国研发出可在-70℃使用的锂电池,有望用于极地或太空

新华社华盛顿3月1日电,中国科学家开发出一种可在零下70摄氏度条件下使用的锂电池,未来有望在地球极寒地区甚至外太空使用。 

发表在最新一期美国能源学术期刊《焦耳》上的研究显示,中国复旦大学夏永姚团队开发的新电池采用凝固点低、可在极端低温条件下导电的乙酸乙酯作为电解液,并使用两种有机化合物作为电极,分别为PTPAn阴极和PNTCDA阳极。 

电解液是离子在两个电极间移动的化学介质,但在低温条件下电解液和电极交界处的电化学反应难以持续。 

研究人员说,与传统锂电池使用的电极不同,这种电极使用的有机化合物不依赖“嵌入过程”,即不需要将锂离子嵌入到电极的分子矩阵中,避免了低温条件下嵌入过程变慢。 

夏永姚说:“乙酸乙酯电解液和有机高分子电极让可充电电池在零下70摄氏度的极低温条件下工作。” 

传统锂电池在零下20摄氏度时性能只有其最优水平的50%,零下40摄氏度时只有最优水平的12%。俄罗斯和加拿大等极寒地区温度低于零下50摄氏度;在太空中,温度甚至低至零下157摄氏度。 

夏永姚说,相比传统锂电池的电极材料,新电池的材料则充足、便宜且环保,他预计这种材料的价格只有前者的约三分之一。 

但研究人员承认,实现产品化面临的主要挑战是这种电池的单位质量能量比不上已商业化的锂电池,生产过程还需优化。尽管如此,夏永姚认为它具显著应用潜力。 


新型纸质燃料电池可能替代纽扣电池

巴塞罗那自治大学国家电子中心的电子工程师 Juan Pablo Esquivel,研发了一种微型纸质电池,用体液做燃料,可以在进行简单的诊断时为设备供电。

与常见充电电池不同,燃料电池是通过氧化还原反应把燃料的化学能转化为电能,由于没有高温燃烧的过程,几乎不会排放氮和硫的氧化物,对环境污染很小。

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Esquivel 说,通常电子血糖仪、验尿仪等家用检测仪器都是一次性的,不能更换里面的纽扣锂电池,电量少于 1% 时就会丢弃。而他们研发的微型纸质电池,可以在用体液作为检测样本的同时,给仪器提供所需要的电力。 微型纸质电池主要以纸张为基础材料,然后用印刷电子技术集成纸和其它电子组件,形成一个封闭的电化学体系。Esquivel 介绍说,这种电池体积小、成本低而且无污染,被扔掉后不会污染环境,不需要回收。

Esquivel 曾在 2013 年被麻省理工学院评为最具创新精神的墨西哥研究员之一,之前一直专注研发用氢气、甲醇和乙醇作为燃料的电池。2015 年,他和平时一起研究的两个伙伴创办了公司 Fuelium,目前公司共有 5 名员工,主要靠政府资助和他们个人投资来维持运营,目前已经签了一笔订单。

更早的时候,芬兰环保纸电池公司 Enfucell 曾研发出柔性电池纸质电池,电量为 1.5 伏,厚度只有 0.5 毫米,可以在一定的温度和适度范围内以恒定速度产生电流,很容易吸附在纸张或织物的表面,可剪裁,也可弯曲。这种柔性纸质电池可用在射频识别(RFID)、微型标签显示器、电子卡片、化妆品等领域,多家企业都已经和 Enfucell 有合作。

2015 年,美国汉姆顿大学的研究员研发出了一种可以用细菌发电的纸质柔性电池,大小跟火柴盒差不多,造价只有 5 美分,可以为一盏小 LED 灯提供所需电量。除了微型纸质电池,许多汽车制造商也在尝试做燃料电池汽车,通过氢燃料电池反应堆给电池充电,丰田未来和本田已经开始向用户发售,但由于工艺成本高,售价也要比普通家庭用车高,在 40 万元左右。


德国慕尼黑工业大学( TUM )与乌尔姆大学亥姆霍兹研究所( HIU )的研究人员评估了全固态锂离子和锂金属电池大规模生产面临的挑战和要求。他们向研究机构、材料供应商和汽车制造商的专家报告了其研究成果,此论文发表在Journal of Power Sources上。

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为了缩小材料研究和工业大规模生产之间的差距,该团队提出了硫化物和氧化物基全固态电池( ASSB )从电极制造到电池组装和质量控制的生产链解决方案。研究人员将硫化物基全固态电池和常规锂离子电池的生产工艺进行了详细比较,并且表明,虽然复合电极制造工艺可通过一些技术进行调整,但固体电解质隔离层的制造和锂金属阳极的集成将需要全新的工艺。

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