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從沙子到超聲波,13項可能改變世界的創(chuàng )新電池技術(shù)

發(fā)布日期:2018-11-05

導讀: 這些技術(shù)要真正走向商業(yè)化,以及在我們能夠安全有效地存儲和使用這些能源之前,還有很長(cháng)的路要走。

自人類(lèi)成功轉化并使用電力以來(lái),電池已經(jīng)成為日常生活和工作中重要的電力來(lái)源。從遙控器到智能手機,再到電動(dòng)汽車(chē),幾乎我們目前使用的所有電子設備中都有電池。


     

雖然特斯拉和其他科技公司正在努力開(kāi)發(fā)高容量鋰離子電池,但全球各地的科學(xué)家和研究人員正在開(kāi)發(fā)各種新型電池,汗液、尿液、沙子、超聲波、聲音、石墨烯等各種材料,都已經(jīng)成為科研人員的研究對象。

但是,這些技術(shù)要真正走向商業(yè)化,以及在我們能夠安全有效地存儲和使用這些能源之前,還有很長(cháng)的路要走。

1.金納米線(xiàn)電池

美國加州大學(xué)歐文分校的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型的電解質(zhì)凝膠金納米線(xiàn)。在納米線(xiàn)上涂上一層非常薄的凝膠,就能夠將它們的充電周期提升到幾十萬(wàn)次。


在3個(gè)月的測試過(guò)程中,納米線(xiàn)進(jìn)行了20萬(wàn)次循環(huán)充電,而電池容量損失不到5%,并且沒(méi)有明顯的腐蝕性。雖然金納米線(xiàn)電池的成本很高同,但該技術(shù)如果應用在鍍鎳納米線(xiàn)等其它便宜的材料中,可以大幅降低成本。

2.激光誘導石墨烯的微型超級電容

微型超級電容的傳統制造工藝很復雜,成本很高。美國萊斯大學(xué)研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出利用計算機控制的激光生產(chǎn)石墨烯的方法,由這種方法生產(chǎn)的石墨烯產(chǎn)品被稱(chēng)作激光誘導石墨烯。



與傳統化學(xué)蒸鍍工藝相比,利用計算機控制的激光可以燒掉聚酰亞胺塑料薄膜上層中除碳之外的其他所有成分,從而大幅降低超級電容的生產(chǎn)成本。

這種微型超級電容具有耐彎曲性出色、不會(huì )隨時(shí)間而退化等特點(diǎn)。據測試,該超級電容充放電12000次后,仍能保持初始狀態(tài)90%的電容量。

3.超聲波無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)uBeam

2017年,美國硅谷初創(chuàng )公司uBeam展示了利用超聲波為各種電子設備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)快速充電的技術(shù)。


隨著(zhù)這種技術(shù)的成熟,未來(lái)我們的家庭及各種公共設備都可以成為無(wú)線(xiàn)充電站。

4.用沙子制成的電池

2014年,美國加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種新型的鋰離子電池,其效率大大超出了鋰離子電池行業(yè)的標準,續航時(shí)間達到普通鋰電池的三倍。



研究人員從沙子中提純硅,以取代目前鋰電池的正極的主要材料石墨,從而實(shí)現了低成本、無(wú)毒、環(huán)保的新型電池。

5.利用汗液發(fā)電的柔性生物燃料電池

2017年,美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的科研人員開(kāi)發(fā)出可拉伸的燃料電池,可以從汗液中提取能量,為電子設備供電。



科研人員使用了光刻技術(shù)和絲網(wǎng)印刷技術(shù),制造出三維碳納米管基的陰極和陽(yáng)極陣列,從而研發(fā)出這種生物燃料電池。燃料電池中的酶可以氧化汗液中的乳酸,并產(chǎn)生電流,從而將汗水變成了一種能量源。

6.摩擦電納米發(fā)電機

2017年,美國克萊姆森大學(xué)納米材料研究所(CNI)的研究人員發(fā)明了超簡(jiǎn)單的摩擦電納米發(fā)電機“U-TENG”。



該發(fā)電機是由塑料和膠帶簡(jiǎn)單制成的小型裝置,可以通過(guò)人體運動(dòng)和振動(dòng)產(chǎn)生電力。

7.泡沫電池

美國電池初創(chuàng )公司Prieto Battery推出一款由泡沫銅制成的電池。



該電池由98%的空氣組成,泡沫是多孔結構,孔內主要是空氣,泡沫增加了表面積,縮短了離子必須移動(dòng)的距離,從而增加電能和能量密度。

8.液體電池

哈佛大學(xué)的John A. Paulson工程與應用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員研發(fā)出了一種新型液體電池,這種電池的電能儲存在溶解于中性pH溶液里的有機分子中。


該團隊改變了正電解質(zhì)溶液和負電解質(zhì)溶液中分子的結構,并將其溶解于水中,設計出了這種“每1000次循環(huán)僅損失存儲容量百分之一”的液體電池。

這種新型化學(xué)電池無(wú)毒、無(wú)腐蝕性,并且擁有相當長(cháng)的使用壽命,還能顯著(zhù)降低電池的生產(chǎn)成本。該技術(shù)可用于儲存來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的能源,并且維護量極少。

9.可折疊電池

韓國公司Jenax開(kāi)發(fā)出一種可折疊電池,這種新材料鋰電池可以經(jīng)得起10萬(wàn)次折疊,就像紙張一樣柔軟,能隨意折成任何形狀。



這種柔性電池可用于可穿戴設備和智能服裝中,為柔性電子設備提供能源。

10.透明太陽(yáng)能電池

2014年,美國密歇根州立大學(xué)的材料科學(xué)家Richard Lunt的研究團隊開(kāi)發(fā)出一種對紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)可以產(chǎn)生光電反應的特殊的有機分子,從而推出了透明的太陽(yáng)能電池板。



阿爾卡特已經(jīng)與太陽(yáng)電池廠(chǎng)商Sunpower合作開(kāi)發(fā)透明太陽(yáng)能電池板,可以用于手機屏幕,從而可以在戶(hù)外的任何地方進(jìn)行充電。該技術(shù)計劃在不久的將來(lái)發(fā)布。

11.尿液電池

2016年,英國巴斯大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種可以通過(guò)尿液發(fā)電的微型燃料電池。燃料電池中用于發(fā)電的微生物可將尿液中的有機物質(zhì)轉化成電能并存儲在電池中。



研究人員重點(diǎn)關(guān)注這種燃料電池對環(huán)境的影響,認為該種電池可再生、清潔、環(huán)保,幾乎不會(huì )造成任何浪費。

12.聲音充電

英國研究人員開(kāi)發(fā)了一種用聲音蓄電的電池。這種電池內充置微型納米發(fā)電機,采用一種叫壓電效應的機制來(lái)將大氣中的聲音震動(dòng)轉換為能量。



將這種電池應用在智能手機上,可以讓手機隨時(shí)保持充電狀態(tài),再也不需要任何充電器和線(xiàn)路。

13.鋁空氣電池

以色列公司Phinergy正在開(kāi)發(fā)一種鋁空氣電池,電池中的鋁板從空氣中吸收氧氣,與水發(fā)生化學(xué)反應,生成氧化鋁,并釋放能量。該電池在工作時(shí)只消耗鋁和少量的水,鋁可以回收循環(huán)使用,不污染環(huán)境。



Phinergy展示的100公斤重的鋁空氣電池在理論上可以為電動(dòng)汽車(chē)儲存能行駛3000公里的電量。

作者:王進(jìn)




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