韓國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)新型鋰電池充電速度最高提升120倍

韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)院近日開(kāi)發(fā)出一種快速充電碳化鋰離子電池，比普通鋰電池的充電速度快30～120倍。該研究團(tuán)隊(duì)相信，他們可以用新型鋰電池為電動(dòng)汽車制造一個(gè)電池組，未來(lái)給汽車充滿電僅僅需要一分鐘。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在國(guó)際性期刊《應(yīng)用化學(xué)》周刊上。

充電電池的一個(gè)主要問(wèn)題是電池越大，充電時(shí)間越長(zhǎng)。通過(guò)將大電池分成數(shù)個(gè)很小的電池，或許就可以解決這個(gè)問(wèn)題。韓國(guó)科學(xué)家采用了一種納米微粒制作電池。傳統(tǒng)的電池是用粉末狀的納米粒子材料來(lái)形成能夠儲(chǔ)存和釋放能量的緊密多層的結(jié)構(gòu)。新型電池也使用同樣的納米粒子材料，但這種材料首先在含有石墨的溶液中分解，之后碳化形成覆蓋電池電極的緊密導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)。

具體來(lái)說(shuō)，韓國(guó)科學(xué)家使用陰極材料——標(biāo)準(zhǔn)的鋰錳氧化物(LMO)，把它浸泡在一種含有石墨的溶液中。然后，將經(jīng)石墨浸泡的鋰錳氧化物進(jìn)行碳化處理，石墨就會(huì)變成一個(gè)穿越陰極的導(dǎo)電網(wǎng)。這個(gè)新陰極接著被電解質(zhì)和石墨陽(yáng)極包起來(lái)。整個(gè)碳化石墨網(wǎng)絡(luò)就像血管一樣運(yùn)作，允許電池的每個(gè)部分同時(shí)充電，結(jié)果就是，新電池中所有能夠蓄積能量的粒子都能在同一時(shí)間補(bǔ)充電量。而傳統(tǒng)電池中同樣的粒子則是按照從最外層到最里層的順序依次充電，這樣，新電池充電所需時(shí)間只占到了現(xiàn)有電池充電所需時(shí)間的1/30～1/120。電池的能量密度和循環(huán)壽命等因素似乎都沒(méi)有變化。

無(wú)論從哪點(diǎn)來(lái)看，這都是一種標(biāo)準(zhǔn)的鋰電池，這種技術(shù)可以應(yīng)用在各種采用鋰離子電池的設(shè)備中?！斑@項(xiàng)研究的不同凡響之處在于，它克服了現(xiàn)有鋰電池的局限性，”蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)院的教授邱宰非(音譯)說(shuō)，“我們將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出能在一分鐘內(nèi)完成充電的電動(dòng)車新型充電電池?！?/p>

美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)硅海綿可替代鋰離子電池中的石墨組件

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家研究出一種方法，用硅海綿替代石墨作為鋰離子蓄電池內(nèi)的元件，研制出持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)且性能更強(qiáng)的電池，用于商用電子設(shè)備和電動(dòng)汽車上。

硅是地球上最常見(jiàn)的元素之一，能替代石墨作為電池內(nèi)的陽(yáng)極。此前該研究團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，多孔硅吸收鋰的能力是石墨的10倍。這是因?yàn)楣栉珍囯x子后會(huì)延展，像海綿一樣的構(gòu)造賦予硅在電池內(nèi)部生長(zhǎng)的余地，同時(shí)也不會(huì)對(duì)電池的性能造成損害。2010年，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)硅海綿擁有1微米寬、12微米深的小孔時(shí)，能在電池領(lǐng)域大展拳腳，但當(dāng)時(shí)的固體硅基座無(wú)法吸收鋰，仍然有待改進(jìn)。

在最新研究中科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用來(lái)制造這些小孔的電化學(xué)蝕刻過(guò)程能將硅海綿同基座分開(kāi)，基座接著可以被重新使用，制造出更多硅海綿。研究人員稱，從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的250微米厚的硅晶圓上，至少可以提取出4塊這樣的硅海綿。而硅海綿從硅晶圓上提取出來(lái)后，上、下都是打開(kāi)著的，通過(guò)將其浸入導(dǎo)電的聚合物黏結(jié)劑聚丙烯腈內(nèi)，就可大大增強(qiáng)其導(dǎo)電性。

科學(xué)家由此得到了一塊堅(jiān)硬的薄膜，它能依附到一個(gè)集電器上并放置于電池結(jié)構(gòu)內(nèi)，最終制造出了一款鋰離子電池，其放電能力高達(dá)1260毫安時(shí)/克，這使其使用壽命更長(zhǎng)。

研究人員在比較中發(fā)現(xiàn)，未使用薄膜的電池，其初始放電比容量是757毫安時(shí)/克，但第二次充放電循環(huán)之后，放電容量就開(kāi)始迅速下降，在經(jīng)過(guò)15次循環(huán)后消失殆盡；而經(jīng)過(guò)處理的薄膜在4次循環(huán)后即開(kāi)始增加放電容量，多孔硅表現(xiàn)得特別明顯，經(jīng)過(guò)20次循環(huán)后，電池的放電容量仍然完好無(wú)損。

目前，科學(xué)家正在研究能大大增加充放電循環(huán)次數(shù)的技術(shù)，希望能研發(fā)出可持續(xù)使用幾年的電池。

日本欲整合資源量產(chǎn)鋰電池材料

日本吳羽、可樂(lè)麗和伊藤忠商事將聯(lián)合政府系基金“產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu)”，量產(chǎn)能使電動(dòng)汽車等環(huán)保車充電時(shí)間減半的鋰電池尖端材料。計(jì)劃在日本、中國(guó)和北美啟動(dòng)新工廠建設(shè)，今后還將呼吁日本相關(guān)材料廠商廣泛加盟。

日企在環(huán)保車和相關(guān)材料領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但中韓企業(yè)緊追其后。日本希望通過(guò)民間企業(yè)與政府系基金聯(lián)手將尖端技術(shù)集中起來(lái)確保其主導(dǎo)地位。此次聯(lián)合建立的新公司量產(chǎn)的是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車用鋰電池的主要負(fù)極材料。計(jì)劃出資200億日元建設(shè)新工廠，其中“產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu)”將出資100億日元，成為出資50%的最大股東。

吳羽等公司已開(kāi)發(fā)出將植物材料加工成碳用作負(fù)極材料的技術(shù)，除了可以將插電式混合動(dòng)力車等環(huán)保車的充電時(shí)間縮短一半以外，電池耐用性也可以提高3成。

聯(lián)合公司將從2014年開(kāi)始在日本國(guó)內(nèi)進(jìn)行量產(chǎn)，之后在中國(guó)和北美等地建廠生產(chǎn)。預(yù)計(jì)使用新技術(shù)生產(chǎn)的電池將裝配在日產(chǎn)和本田的電動(dòng)車及混合動(dòng)力車上。

聯(lián)合公司除了生產(chǎn)新型負(fù)極材料外，還將廣泛呼吁在鋰電池其它主要材料方面擁有全球較高市場(chǎng)份額的日本材料廠商加盟，基本構(gòu)想是在2017年之前實(shí)現(xiàn)各日企匯總技術(shù)共同開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)部件，目前已與部分廠商展開(kāi)協(xié)商。

膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)造新紀(jì)錄

加拿大多倫多大學(xué)和沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的科研人員稱，借助在膠體量子點(diǎn)薄膜領(lǐng)域獲得的突破，他們利用低價(jià)材料制成了迄今為止效率最高的膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)7%。這比此前同類電池的轉(zhuǎn)換效率提升了37%，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

量子點(diǎn)是納米尺度的半導(dǎo)體，基于包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光在內(nèi)的全光譜收獲電能。與目前緩慢而高昂的半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)不同，膠體量子點(diǎn)薄膜的制造速度很快，成本也低。這為制造基于靈活、柔性基座的太陽(yáng)電池鋪平了道路，與報(bào)紙的大量印刷具有異曲同工之妙。此前，膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)電池的性能一直被薄膜內(nèi)納米粒子較大的內(nèi)表面面積所制約，而科學(xué)家此次通過(guò)將有機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)相結(jié)合，完全覆蓋了所有暴露的表面，從而實(shí)現(xiàn)了新的突破。

為了提升效率，研究人員需要一種方式來(lái)減少電子陷阱的數(shù)量，同時(shí)確保薄膜十分密實(shí)以盡可能多地吸收光線，即所謂的“混合鈍化處理”解決方案。此次研究的主導(dǎo)者、多倫多大學(xué)電子工程系教授泰德·薩金特表示，通過(guò)在合成量子點(diǎn)后立即引入小個(gè)氯原子，能夠修補(bǔ)以前無(wú)法觸及的角落和裂縫，使其不再形成電子陷阱。然后科學(xué)家會(huì)利用短的有機(jī)鏈來(lái)約束薄膜中的量子點(diǎn)，使其更為緊湊。阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究也證明，“混合鈍化處理”方式能夠制造出內(nèi)部緊湊堆積納米粒子的最密集的薄膜，這有助于制造出更經(jīng)濟(jì)、更高效耐用的太陽(yáng)電池。

瑞士聯(lián)合歐洲13國(guó)進(jìn)行光伏薄膜電池技術(shù)攻關(guān)

最近，瑞士國(guó)家材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(EMPA)聯(lián)合歐洲13國(guó)向歐盟遞交了先進(jìn)太陽(yáng)能薄膜電池以及光伏發(fā)電裝置的申請(qǐng)。該項(xiàng)目申請(qǐng)歐盟投資1000萬(wàn)歐元，旨在開(kāi)發(fā)出價(jià)格更便宜、效率更高的太陽(yáng)電池材料和薄膜生產(chǎn)技術(shù)，以降低光伏發(fā)電裝置的成本，提高歐洲在光伏發(fā)電領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

EMPA已通過(guò)研究證實(shí)，薄膜太陽(yáng)電池與傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)電池相比，更有效利用材料和降低光伏發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)成本的可能性更大，比如用硫族材料中的銅銦鎵硒制成吸光薄膜，其厚度僅為硅太陽(yáng)電池的1/100。然而目前的生產(chǎn)方式通常是基于真空沉淀過(guò)程，很難形成大面積，而且需要昂貴的生產(chǎn)設(shè)備。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該研究項(xiàng)目將研發(fā)用電子法替代真空法沉淀納米結(jié)構(gòu)材料的薄膜技術(shù)，并使新技術(shù)具有應(yīng)用性和推廣性。

該項(xiàng)目將于2015年年中完成。EMPA此項(xiàng)目研究負(fù)責(zé)人Ayodhya Tiwari介紹，該關(guān)鍵技術(shù)的突破，不僅可提高光伏薄膜電池及光伏發(fā)電設(shè)備效率、減少生產(chǎn)費(fèi)用，而且可以廣泛運(yùn)用在其它領(lǐng)域，比如用來(lái)制造智能窗和電池等。

零售商開(kāi)始銷售Horizon便攜式微型燃料電池產(chǎn)品

新加坡Horizon Fuel Cell Technologies日前宣布，該公司的突破性微型燃料電池產(chǎn)品開(kāi)始店內(nèi)銷售，包括Horizon MINIPAK微型燃料電池充電器、HYDROSTIK儲(chǔ)氫罐和HYDROFILL個(gè)人加氫機(jī)，這對(duì)該公司和整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)都是一個(gè)重大的里程碑。

Horizon的產(chǎn)品自兩年前在國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上亮相以來(lái)，已經(jīng)在設(shè)計(jì)上取得了很大的改觀，成本也大幅降低，并且還獲得了CE認(rèn)證。開(kāi)始銷售Horizon便攜式微型燃料電池產(chǎn)品的主要零售商包括北美最大的戶外休閑用品零售連鎖企業(yè)REI。很多銷售店面都準(zhǔn)備在美洲、歐洲和亞洲出售Horizon的產(chǎn)品。

零售價(jià)99美元的MINIPAK是世界上成本最低的燃料電池電源產(chǎn)品，也是唯一使用可充裝金屬氫化物燃料罐的產(chǎn)品。它采用了無(wú)毒燃料或材料，經(jīng)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)核準(zhǔn)可用于客艙。該產(chǎn)品為出門(mén)在外的專業(yè)人士提供實(shí)用的便攜式能源，在進(jìn)行徒步旅行、露營(yíng)或經(jīng)過(guò)偏遠(yuǎn)地區(qū)等沒(méi)有電力供應(yīng)的情況下，這款產(chǎn)品能提供更持久的電力。與周圍空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)后，MINIPAK燃料電池將儲(chǔ)氫罐(HYDROSTIK)中的氫轉(zhuǎn)換成電和微量的水，所產(chǎn)生的電力通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的5 V USB介面提供給用戶。

可反復(fù)使用的HYDROSTIK儲(chǔ)氫罐成為所有微型燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)，將運(yùn)用到更多創(chuàng)新型的Horizon設(shè)備中。HYDROSTIK儲(chǔ)氫罐含有金屬合金，將氫吸附到其晶體結(jié)構(gòu)中，并以低壓的方式將氫釋放出來(lái)。這是一種可逆儲(chǔ)氫方法，針對(duì)任何形式的氫儲(chǔ)存提供最高能量密度，其能量密度甚至高于液態(tài)氫。與傳統(tǒng)電池不同的是，這些儲(chǔ)氫罐能夠以更低的成本儲(chǔ)存更多的能源，并且不包含任何對(duì)人體有害的重金屬或有毒液體。Horizon公司還與全球性的麻省理工學(xué)院微觀裝配實(shí)驗(yàn)室(MIT FAB LAB)和英國(guó)的Arcola Energy聯(lián)手展開(kāi)了一個(gè)以HYDROSTIK儲(chǔ)氫罐為核心的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

更令人驚喜的是，HYDROFILL個(gè)人加氫機(jī)可對(duì)HYDROSTIK儲(chǔ)氫罐進(jìn)行反復(fù)充裝，這與一次性燃料罐相比有明顯優(yōu)勢(shì)。HYDROFILL是一種微電解裝置系統(tǒng)，可以自動(dòng)為HYDROSTIK金屬氫化物燃料罐補(bǔ)充燃料。它含有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的交流電插頭，也可接受小型太陽(yáng)電池板或風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的直流電。

未來(lái)幾年內(nèi)，Horizon計(jì)劃采用各種原料，如甲醇、丙烷、天然氣，未來(lái)還有可能是生活垃圾，來(lái)打造一款低成本、隨需供氫的無(wú)線解決方案。Horizon創(chuàng)辦人之一Taras Wankewycz說(shuō)：“想像一下，永遠(yuǎn)不必去加氫站是什么樣的感覺(jué)。HYDROFILL只是一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)我們將帶來(lái)更多創(chuàng)新?！?/p>

美國(guó)將研制太陽(yáng)電池與燃料電池軍用發(fā)電機(jī)組

美國(guó)洛克希德·馬丁公司與美國(guó)海軍研究辦公室簽訂了一份合同，將設(shè)計(jì)和研發(fā)固體氧化物燃料電池發(fā)電機(jī)組，以替換傳統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)電設(shè)備。洛克希德·馬丁公司計(jì)劃將燃料電池技術(shù)與太陽(yáng)能板集成，為軍方提供執(zhí)行任務(wù)所需的電力，同時(shí)極大地減少燃料的使用量。

目前，全世界使用超過(guò)10萬(wàn)部軍用發(fā)電機(jī)，為照明、空調(diào)、計(jì)算機(jī)、無(wú)線電臺(tái)以及指揮與控制系統(tǒng)等供電。固體氧化物燃料電池能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將燃料轉(zhuǎn)化為電能，其效能比當(dāng)今戰(zhàn)場(chǎng)上燃料消耗最大的柴油發(fā)電機(jī)所使用的內(nèi)燃機(jī)高出30%～50%。由于燃料電池僅需較少的燃料就能產(chǎn)生等量電力，因此有望節(jié)省數(shù)十億美元的作戰(zhàn)成本，同時(shí)減少軍方運(yùn)送燃料的人員的傷亡。

固體氧化物燃料電池發(fā)電機(jī)組的研發(fā)項(xiàng)目為期32個(gè)月，研制工作完成后，洛克希德·馬丁公司將演示和交付1套多千瓦級(jí)JP-8兼容燃料電池高效電源，供美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)評(píng)估使用。該合同價(jià)值約300萬(wàn)美元，旨在使戰(zhàn)術(shù)發(fā)電所需的燃料總使用量減少50%以上。

新型超薄固體氧化物燃料電池在氫燃料耗盡后仍可發(fā)電

哈佛大學(xué)材料科學(xué)家通過(guò)采用低溫運(yùn)行和使用納米結(jié)構(gòu)氧化釩作為陽(yáng)極材料，研發(fā)出一種新型超薄固體氧化物燃料電池，既可發(fā)電，也可以存儲(chǔ)電化學(xué)能量，即使氫燃料耗盡仍可持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。

傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池使用鉑做電極，在電化學(xué)反應(yīng)停止之前，電池只能發(fā)電約15秒。新型固體氧化物燃料電池使用鉑和氧化釩雙層陽(yáng)極，在沒(méi)有燃料的情況下，可以繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間高達(dá)14倍以上（3分30秒，電流密度0.2 mA/cm2）。研究人員認(rèn)為，理論上這種氫燃料電池可用于小尺寸便攜式設(shè)備，如無(wú)人機(jī)，因?yàn)轭~外提升儲(chǔ)存能量，可以顯著延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。研究人員將在兩年內(nèi)對(duì)該電池進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試。

美國(guó)宇航局開(kāi)發(fā)汽車氫氣燃料電池

英國(guó)牛津的Cella Energy公司和美國(guó)宇航局的肯尼迪航天中心達(dá)成協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)氫氣燃料技術(shù)，目標(biāo)是將來(lái)能夠在大部分交通工具上運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，比如汽車、飛機(jī)甚至是宇航服上。

Cella Energy在美國(guó)有一家子公司，該公司研究氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)，將氫氣儲(chǔ)存在由氫化物材料制成的小球里，能夠很好地將氫氣在常溫下以液體形式保存。不過(guò)該公司仍然有一定的技術(shù)障礙需要克服。項(xiàng)目的最后一步就是要將儲(chǔ)存在氫化物小球中的氫氣應(yīng)用到汽車燃料電池中，通過(guò)氫氣和氧氣的結(jié)合來(lái)產(chǎn)生電力。而這恰恰是肯尼迪航天中心最擅長(zhǎng)的科技工作，他們?cè)谔诊w船上采用過(guò)這項(xiàng)技術(shù)。

肯尼迪航天中心的合作發(fā)展經(jīng)理Robert Hubbard認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)擁有巨大潛力，并表示在測(cè)試中，氫氣被儲(chǔ)存在氫化物小球中，化學(xué)狀態(tài)非常穩(wěn)定。他還表示如果該技術(shù)能夠成功推向市場(chǎng)，那么整個(gè)汽車市場(chǎng)的氫氣儲(chǔ)存和燃料電池工業(yè)將被帶動(dòng)起來(lái)，向更安全更簡(jiǎn)便的目標(biāo)前進(jìn)。

Cella Energy和美國(guó)宇航局簽署的協(xié)議稱為“太空行動(dòng)協(xié)議”，該協(xié)議有效期為5年。

丹麥推出全新電動(dòng)汽車一次充電行駛800公里

丹麥三家公司聯(lián)合推出了一款全新的電動(dòng)汽車，充一次電就可以行駛800公里，讓電動(dòng)汽車從此“揚(yáng)眉吐氣”。

這款QBEAK蓄電池/燃料電池演示車使用生物甲醇來(lái)改善電池的連續(xù)使用時(shí)間。其中一家研發(fā)公司的首席執(zhí)行官摩根斯·洛克介紹說(shuō)，生物甲醇要比汽油和柴油好用得多，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的二氧化碳會(huì)少很多。生物甲醇由燃料電池轉(zhuǎn)化生成電能，這一過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣熱量則被用來(lái)給汽車的暖氣和空調(diào)設(shè)備供能。燃料電池設(shè)計(jì)師邁德斯·弗里斯·詹森也強(qiáng)調(diào)說(shuō)，生物甲醇的確是一種更加便宜而且充足的燃料，二氧化碳排放比汽油降低70%以上。

除此之外，新型電動(dòng)車在技術(shù)上還得益于一項(xiàng)創(chuàng)新性的底盤(pán)設(shè)計(jì)。摩根斯解釋道：“我們使用的不是一塊固定的蓄電池，而是在底盤(pán)上設(shè)置了6組電池模塊，可以使用模塊中的電池或者用其它任何種類的能源為其充電。憑借我們先進(jìn)的制造技術(shù)，可使該車達(dá)到真正的輕量級(jí)，只有425公斤，而充一次電能行駛的路程將達(dá)到前所未有的800公里?！?/p>

QBEAK電動(dòng)車還采用專利技術(shù)的輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，最高時(shí)速可達(dá)120公里。據(jù)悉，這款車在今年五月份就已經(jīng)吸引了英國(guó)查爾斯王子的注意。當(dāng)時(shí)他正在丹麥訪問(wèn)，他對(duì)這款電動(dòng)車表現(xiàn)出了濃厚的興趣。

美國(guó)能源部聲稱，直接甲醇燃料電池比其它綠色燃料比如氫更好儲(chǔ)存，因?yàn)樗且环N液體，所以更容易運(yùn)輸及通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施供給。

這款QBEAK蓄電池/燃料電池演示車預(yù)計(jì)在2013年問(wèn)世。QBEAK電動(dòng)汽車研制項(xiàng)目部門(mén)預(yù)計(jì)今年晚些時(shí)候再推出一款電池充電電動(dòng)車，續(xù)航里程可達(dá)300公里。

新型鎳鐵電池電極材料提高充放電速度近千倍

美國(guó)斯坦福大學(xué)最近發(fā)明了一種新型鎳鐵電池電極材料，能在2分鐘內(nèi)完成充電，30秒內(nèi)完成放電，提高充放電速度近千倍。

這項(xiàng)發(fā)明由斯坦福大學(xué)化學(xué)系教授戴宏杰和他的博士生王海梁等研究人員完成。由王海梁擔(dān)任第一作者的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上。王海梁介紹說(shuō)：“新技術(shù)可作為電動(dòng)汽車鋰電池的補(bǔ)充，提高啟動(dòng)效率，在加速時(shí)快速提供能量，或在剎車時(shí)快速存儲(chǔ)能量。此外，可作為飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈和火箭等軍用產(chǎn)品的啟動(dòng)電源。它在手機(jī)和電腦等小型電器上也將有很大的使用前景，幾分鐘內(nèi)解決原本需要數(shù)小時(shí)的充電過(guò)程?！?/p>

愛(ài)迪生早在1901年就發(fā)明了價(jià)格低廉、安全性能好的鎳鐵電池，能持續(xù)充電并保持長(zhǎng)時(shí)間壽命，被大量使用在鐵路、礦業(yè)和電動(dòng)汽車上。但這種電池存在充放電速度慢、單位體積儲(chǔ)存電能少和充電效率低的缺點(diǎn)。戴宏杰和他的研究團(tuán)隊(duì)正好解決了鎳鐵電池充放電速度慢的缺陷。他們?cè)谔技{米管或石墨烯等新型碳納米材料上生長(zhǎng)活性電極材料的納米晶體，這種復(fù)合電極材料具有傳統(tǒng)電極材料無(wú)法比擬的優(yōu)異電化學(xué)性能。

王海梁說(shuō)：“新型電極材料和傳統(tǒng)電極材料具有同樣的化學(xué)成分，工作原理也一樣，但它們的結(jié)構(gòu)不一樣。納米晶體在石墨烯或碳納米管上的控制生長(zhǎng)以及它們之間的相互化學(xué)作用，可有效促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移和電子傳輸，從而極大提升材料的電化學(xué)性能，使充放電速度提升近千倍。”

迄今最輕的石墨材料問(wèn)世 由99.99%的空氣構(gòu)成

英國(guó)基爾大學(xué)和德國(guó)漢堡科技大學(xué)的科學(xué)家們研制出了迄今為止全球最輕的材料“飛行石墨”(Aerographite)，其密度僅為0.2毫克/立方厘米，雖然它看起來(lái)像一塊黑色不透明的海綿，但卻是由99.99%的空氣構(gòu)成。研究人員表示，新材料性能穩(wěn)定，具有良好的導(dǎo)電性、可延展性而且非常堅(jiān)固，因此可廣泛應(yīng)用于電池、航空航天和電氣屏蔽等領(lǐng)域。該研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

“飛行石墨”是由多孔的碳管在納米和微米尺度三維交織在一起組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，盡管質(zhì)量很輕，但彈性卻非常好，擁有極強(qiáng)的抗壓縮能力和張力負(fù)荷。它可以被壓縮95%，然后恢復(fù)到原有大小。它還能吸收幾乎所有光線。

因?yàn)槠洫?dú)具的特性，“飛行石墨”可以被安裝在鋰離子電池的電極上，這就使電池需要的電解質(zhì)溶液很少，電池的質(zhì)量由此大為減輕，得到的小電池可以用在電動(dòng)汽車或電動(dòng)自行車上。其未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域還包括讓合成材料具有導(dǎo)電性，困擾很多人的靜電干擾可能會(huì)因此得以避免。

另外，“飛行石墨”還可以應(yīng)用于航空航天和衛(wèi)星領(lǐng)域所用的電子設(shè)備上，因?yàn)檫@些設(shè)備必須能耐受大量的振動(dòng)。新材料也有望應(yīng)用于水凈化方面，作為吸附劑吸附水中的污染物，因?yàn)樗苎趸蚍纸獠⒁瞥械奈廴疚?。其卓越的力學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性以及表面積大等優(yōu)點(diǎn)也會(huì)讓科學(xué)家們大大受益，甚至還可以用于恒溫箱或通風(fēng)設(shè)備以凈化環(huán)境空氣。