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為何鋰電池技術沒有革命性進步?

來源:中國工業電器網 時間:2015-10-21 00:00:00

    隨著科技的發展,智能手機的性能越來越高,屏幕越來越大,分辨率越來越大,相機越來越先進,功能越來越先進。但你可能不知道,手機的電池技術已經整整24年沒有大的進步了。

  不隻是你手機中的手機,還有最新的電動汽車,沒有了電池,它們都隻是廢鐵一塊。相比其他科技領域的突飛猛進,電池技術的發展遇到了什麽難題?別著急,筆者將為大家一一道來。

  1、鋰電池誕生時間與原理

  1991年,索尼推出首個商用鋰電池,鋰電池沿用至今並稱為主流的電子設備電池技術。由於鋰離子是最輕的堿金屬元素,擁有著更小、更輕、能量密度更高的特性,所以迅速取代了鎳電池。

  鋰電池構成物質中有磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料,但要靠著“鋰離子”這個元素在正、負極中的嵌入與脫出,才可實現電能與化學能的相互轉化,最終完成充放電過程。

  從1991到2015年,電池技術並非沒有進步,隻是發展緩慢。目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上,都遠遠高於鉛酸、鎳氫電池,但還是難以滿足快速增長的電子產品、電動汽車等的需求。

  2、增加電池容量的兩種方法

  想要提升鋰電池續航能力的本質方法隻有兩種,一是增大電池體積以擴充電量,二是在有限的體積內增加密度來獲得長能效。第一種方法現在用在特斯拉電池汽車上,拆掉特斯拉的外殼,底下是密密麻麻的7000多節18650電池,重量為700kg,接近車總重的三分之一。

  第二種方法則是經常被用在了手機上,由於手機體積有限,不可能無限製往裏麵塞電池。不過經過研究人員的努力,手機電池的密度還是有了很大的提升,高能量比的負極材料的應用,已經讓單位體積的手機電池容量提升了一倍。

  3、目前手機電池麵臨的短板

  隨著智能手機的發展,更大更高分辨率屏幕、大量手機APP、更快的Soc等耗電大戶,加劇了電池電量的消耗速度。如果要想徹底解決手機續航問題,既要增加電池體積又要增加電池密度,雙管齊下才能效果顯著。

  但很無奈的是,目前手機正望著輕薄方向發展,想擴大電池體積不大可能,增加電池能量密度是唯一的辦法,電池密度的提升就如同一塊體積有限的海綿來吸水,從50%-90%的提升不難,但想要從90%-100%就不很容易了,因為已經快飽和了。

  不隻是用戶關心,電池廠商們也都在花功夫研究,畢竟這是一個“人無我有”的大賣點。誰都知道續航是軟肋,但無奈效果並不理想。所以說,鋰電池提升效果不夠明顯不是我們毫無作為,而是對現有鋰子電池性能的利用率已經接近能達到的極限了。

  4、未來電池技術的發展方向

  既然在鋰電池技術遇到瓶頸,人們就想到了一些另辟蹊徑的辦法,間接的有效解決了用戶對續航的需求,移動電源就是一個很好的例子。不過我們今天說的不是這個,而是快速充電。

  快速充電技術就是近年湧現出來的一種解決途徑。既然電池體積受限密度又不能再增加,那就縮短充電時間,通過這種逆向的方式來達到相對延長電量的結果,雖然討巧但確實也有效。

  另外從近幾年的科研成果來看,一大批的新材料電池正在湧現,比如生物電池、燃料電池、石墨烯電池。雖然目前都處於試驗階段,但一旦商業化量產成功,那將是巨大的飛躍。

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