電量焦慮者的福音,電池技術終於迎來新突破

發布時間:2020-01-24    瀏覽數:
常有人說,現代科技已經進入了瓶頸,技術的增速,相比上個世紀大爆發時代,顯著減緩。


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其中很大的一部分,要歸結於材料技術,為它背鍋的頭號苦主,就是電池。

姑且不論行內專業人士,僅僅是作為一名普通用戶,感覺最明顯的,就是手機續航。

最近十幾年來,一直沒有什麼突破性進展。

這年頭,還想要續航超強的手持設備,你隻有兩個選擇:


A - 回歸諾基亞的懷抱

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真正的“錘子手機”


B - 用它

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勁量 Power Max p18K,18000毫安電池

都不選,隻能選擇死亡。

好在,拯救世界的科學家出現了。

澳大利亞莫那什大學的研究團隊,公布了一項重大研究成果:

通過改進過的陽極生產工藝,製造出有望讓手機續航突破5天的新型鋰-硫電池:

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而且,也將可能使電動汽車的單次充電續航裏程,突破1000公裏大關。

這可能是近年來,最有商業化前景的電池技術進展。

如果可以成功地,以這個水準實現大規模生產,現在的主流移動設備和電動車電池,都將落入“退群”的邊緣。

為什麼這種電池這麼dio?坐好,來聽機哥掰一掰。

現在我們手機裏最普遍使用的,全都是這樣的鋰離子電池。

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但其實,這隻是個簡稱,它的全稱,是鋰聚合物電池。

雖然同樣是姓“Li”,但它和機哥剛剛提到的鋰硫電池還是有不小差別的。

鋰聚合物電池,本質上是鋰離子電池,依靠的是鈷鋰氧化物和負極中的碳元素來產生電流。

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基本設計,和去年獲得諾貝爾獎的鋰離子電池原型並沒有明顯的差別。

但鋰聚合物電池通過將原來液態的電解質,替換為了膠質固態的聚合物,讓它變得更加安全。

而在鋰硫電池裏,陽極的材料,使用的是硫元素,陰極中鋰離子向陽極硫化物轉移,產生電流。

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小本本記一下,明天要考

看到這圖,是不是又回想起被材料化學支配的恐懼?

看不懂也木有關係,我們隻需要知道,鋰硫電池的優點,相當多。

最主要的,是能量密度大。

理論估算,Li-S 體係的能量密度,高達 2600 瓦時每千克,幾乎是鋰離子電池的 10 倍。(2600 vs 265)

在實際運用下,鋰硫電池能量密度也至少是鋰電池的兩倍以上,一個頂倆。

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可以以更小的的體積,提供更長的續航。

其次,鋰硫電池的重量很輕,同體積下和水差不多重。

其三,便宜,硫是一種很便宜的原材料。

而且,它還有一個很重要的加分項——環保,生產流程廢料毒性小。

綠色,讓人快樂。

這麼多優點,幾乎全程在吊打鋰電池,為啥到現在還是沒有成功商用?

因為,缺點也很明顯。

鋰硫電池會在陽極的多硫化物中,出現坑爹的穿梭效應 (shuttle) 。

原理很複雜,為了保護各位的腦子和機哥的肝,長話短說。

陽極材料中的硫,會隨著反應過程,在電池中反複橫跳,長此以往,就會讓電池性能斷崖式下跌。

要知道,現在的傳統鋰電池,拿 iPhone 舉個例子,性能衰減的門檻是 500 次充放循環。

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而鋰硫電池可能隻有 200 次上下。

更坑爹的是,它的電池容量雖然超高,但因為硫的材料特性,會在充電時膨脹,從而讓電池裂開。

這很危險,電池脹了,機也就廢了。

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澳洲莫那什大學的科學家們,解決的就是鋰硫電池的膨脹問題。

她們通過重新設計硫陽極的設計工藝,在材料中留下空隙,留下膨脹的空間。

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經過改進之後,對反複充電-放電的耐久度也非常穩定。

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在經過 200 個充放循環後,還能保持 99% 的電池效率。

這種電極的加工方式,已經申請了專利,並成功地在德國做出了第一個原型。

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據說,中國和歐洲的電池廠商已經對大規模量產表示出了興趣。

大家都認為,鋰硫電池,是現用鋰離子/鋰聚合物電池的繼任者。

各家廠商都在做商業化的嚐試,比如說索尼。

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早在 2015 年,日經新聞曾經報道過,索尼也在開發商用化的鋰硫電池,預期能為手機增加 40% 的續航時間。

然而 2020 年已經到了,索尼大法,在嗎?

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解決了關鍵技術問題之後,距離成功的大規模量產,已經又進一步。

電池界已經出現過好幾次“全村的希望”。

雖然如此,它們仍然是在鋰離子電池裏麵,矮子裏拔高個。

比如說前兩年,被炒到飛起的石墨烯,通過在電池的負極中,摻雜石墨烯碎片。

希望能用這樣的方法,提高導電性能。

但那些聲稱“成功量產”的,已經翻車。

還有三星永遠還在“快了”階段的球形石墨電池,在產出一片論文後,杳無音訊。

這樣看來,把希望寄托於Li-S電池無疑是更加靠譜的一種解決方案。

在這之後,我們可以預見,手機設計終於可以擺脫“給電池騰位置”的苦逼階段,為所欲為。

超薄、超清、超長續航,都可以陸續安排上。

而且,還會更便宜。

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