电池,未来创新的方向

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  技术专家们正在绞尽脑汁用各币中各样的方法让电池更新换代,一场电子设备的革命正悄悄来临。在不远的将来,可乐都可以帮汽车行驶几百千米。
  如果你对电池的感觉还停留在手电筒里圆桂形干电池的印象中,那实在是太落伍了。从最早我们熟知的铅酸电池到后来的镍镉电池、镍氢电池,再到如今手机里清一色的锂电池,以及研发与实用并重的太阳能电池、燃料电池,电池家族可算得上形态各异,功能齐备,与时俱进。
  手机电池——风生水起
  随着3G业务在国内的全面开展,手机的功能已极大地丰富。如今,制约手机使用的瓶颈已经不是手机技术,而是手机电池。
  现在普遍使用的手机电池是锂离子电池和镍氢电池,前者因为具有高工作电压、小体积、无污染、循环寿命长且无记忆效应等优点,几乎垄断了中国和东亚、东南亚地区的手机电池市场,而后者在欧美地区还有少量使用。
  传统锂离子电池正负极分别是由锂和碳构成,被电解质浸没包裹,通过电极中正负电荷的流动提供电流。由于锂离子从一个电校抵达另一个电校需要一定的时间,因此充放电都很缓慢,充电一般需要好几个小时。
  2009年3月份,美国麻省理工学院的科学家发明了一乖中超级锂电池,通过改变传统电极的表面结构,加速了锂离子释放和吸收速度,使之比原来有了100倍的提升。也就是说,用几十币少或几分钟就可以完成我们过去几个小时的工作,而且所用的生产材料没有改变,没有新的消耗和负担。
  该项研究结果已经发表在著名的《自然》杂志上,并已获2家公司授权,预计该项成景可在2-3年内上市。
  
  汽车电池——电动汽车不是梦
  
  随着油价的持续走高以及节能减排成为我国的一项国策,电动汽车势必成为将来的发展趋势,很多汽车公司也开始重视电动汽车的研发。但到目前为止,电动汽车还只是在“概忿汽车”的领域中,没有得到广泛的实际应用。其主要原因,在于电动汽车的“电”——车载电池的容量、成本与安全性等问题。
  电动汽车技术可分为纯电动汽车(EV)、混台电动汽车(HEV)和燃料电池汽车技术(FCEV)三个技术流派。
  现阶段,混合动力汽车优势较大,因为它对现有汽车技术的改进相对较少,可以起到很好的过渡作用。目前80%的混合动力汽车采用镍氢动力电池,具有功率大、安全性好、循环利用率高、成本低、技术成熟等优点。不过,镍氢电池容量有限,不利于汽车的长途运行。而锂电池实现了大容量、高能量密度等特点,已经被众多汽车厂商所青睐。但其不足之处在于安全性和稳定性不够理想,以及锂作为贵重金属生产成本也比较局。
  于是全球第一大镍氢电池和镍镉电池生产商比亚迪推出了新型的“铁电池”。它采用铁代替锂,降低了生产成本,但电池容量和功率与锂电池不相上下,而且稳定性大大提高,在燃烧和碰撞中不会发生爆炸,因此被寄予厚望。据称,搭载了铁电池的首辆比亚迪F3DM双模电动车已于2009年3月份在深圳的公路上跑了起来。或许这将真正实现只需插上电汽车就可以跑的梦想。
  除了混合动力汽车外,燃料电池汽车是电动汽车的另一个重要方向。200g年5月,美国能源部计划拨款24亿美元补助相关企业推动电动车燃料电池的技术研发。燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置,也就是不再经历传统的从化学能变为热能,再从热能变为电能的过程。燃料电池利用的是水电解的逆反应,与其说它是个电池,倒不如说它是个“发电机”。只要通过连续供给燃料和氧化剂,即可通过反应获得连续电力。当燃料耗尽时,只需重新注满燃料储备库即可。它的燃料要求不高,像磷酸燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、固怖氧化物燃料电池等均是如此。
  2009年2月份,索尼公司推出新款燃料电池,融合了锂电池和燃米斗电池的特点,实现了成本降低与持久续航的双重目标,而且还有专门的智能控制芯片在电池工作时切换燃料电池和锂电池部分,从而获得最高的电池效率。
  
  太阳能电池——环保持久
  
  太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量,是地球上最便捷、最直接的环保能源。我们人类对太阳能的利用已有上千年的历史,发展到今天已出现了太阳能的光热利用、光电利用和光化学利用等多种形式。
  目前,应用最多、技术最成熟的太阳能电池是晶体硅太阳能电池,占到市场份额的90%。它的转化效率最高,而且生产技术成熟,质量稳定。但材料价格居高不下,加之工艺繁琐,也限制了其大规模的推广应用。
  2009年3月,澳大利亚的研究人员研发出了新的聚合物太阳能电池——款超薄柔性太阳能电池。这种电池和一页纸一样薄,能随意弯曲,非常轻便,易于携带运输,而且它部分透明,可以安装在玻璃和窗户上,拓宽了应用范围。此外,它还能漂浮于水面,所以即使遇水也不影响正常发电。
  而美国的币斗研人员瞄准了新型的横向光学聚焦系统。2009年早些时候,他们宣布其研制的超高效硅太阳能电池,在标准的陆地日光条件下,其太阳能转换效率高达42.8%,相对于传统太阳能电池转换效率高出约30%。这套系统将吸收到的光束分配于不同的感光材料,能覆盖全部太阳光谱,大大提高了对太阳光的利用率。而且,该系统还有一个宽接收角光学系统,可以接收更多的太阳光。这种固定化而不需要复杂跟踪装置的设备,更容易被安装于手提电脑等便携设备。
  据预测,未来几年光伏产业的增长率至少是30%以上,市场前景广阔。
  
  活的电池——生物技术完美体现
  
  除了这些已经产业化的电池,币斗研人员从生命当中也获取灵感,制备了“活”的生物电池。
  在200g年2月的“FCexp02009国际氢·燃料电池展”上,索尼公司展示了相当前沿的糖生物电池。在现场演示中,只需注入普通的可乐就可以发电。这种电池是利用酶分解葡萄糖,提取电子和氢离子进行发电。
  ‘早在2007年,索尼公司就曾经发布了一款用葡萄糖做能量米源的生物电池,它以酶为催化剂,从碳水化合物如葡萄糖中产生电力。在2010年的新款中,单位体积功率密度提高了倍,以前4节电池才能驱动的扬声器现在只需2节即可。
  这种电池更加环保,产物是水,而且酶可以再生,降低了价格。索尼公司看准了生物电池的光明前景,准备在续航能力等方面再加大研发投入。
  电池,正在悄悄地左右着新科技和新能源的开发。或许将来的幕一天,我们手中的可乐也可以帮助自己的汽车行驶几百千米。
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