锂电池技术突破,充电只需 10 秒

【本文原载:Wired ,作者:Alexis Madrigal ,原文在此

This is a sample of the MIT battery material that could allow quick charging of portable devices.

麻省理工学院(MIT)的研究人员透露,一种新的电池材料能够让电池充电的速度比目前笔记本的锂电池的充电速度快 100 倍。

这项突破性发现能够让一块手机大小的电池在 10 秒钟内充满电。

“这项能够在几秒钟而非几小时内充满电和放电的技术,有可能开启一个全新的技术应用,并引起人们生活方式的改变,”材料科学家 Gerbrand Ceder 和Byoungwoo Kang 在本周三的《自然》(Nature) 杂志上写道。

一直以来,在能量存储方面总存在一个取舍:在材料中存储能量的“多少”和它存储的“速度”。电池是一种很好的存储能量的方式(尽管与汽油还有差距),但要将能量存储进去和释放出来都相当不易。超电容器(Ultracapacitors)和她的姊妹设备超级电容器(Supercapacitors) 都能够以非常快的速度传输电力,但代价是它们的体积要比同等电量的电池体积大 20 倍。

这种新的电池材料出现正是为了解决这个问题,它的原理是为锂离子进出锂磷酸铁材料创造一个“快速通道”,通过在旧的材料上覆盖一种特别的涂层,能够让锂离子加速进出电池,速度几乎超出人们的想象。

国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)的 Rob Farrington 称这种电池传输电量的能力“异常显著”。

不过,问题仍然存在。快速充电虽然很方便,不过 Farrington 指出,它需要传输大量的电流到电池,这可能会影响到电池的有效使用寿命。

“高电流意味著更多的热量,如果电池温度很高,你不得不问自己一个问题:这对电池的使用寿命会有不利的影响吗?”他说:“答案是,这会缩短它们的使用寿命。”

MIT 的两位材料学家在《自然》杂志上提供的数据只是基于 50 次反复充电/放电的循环。不过好的一面是,电池的电容量几乎没有任何下降。

但就像很多笔记本用户所了解的,锂电池的充电循环次数越多,电池能够存储的电量就越少。一两年前能够支持三四个小时的笔记本电池,现在可能只能够支撑一个半小时。

在这一点上,超电容器(Ultracapacitors)仍然能够保持对其他所有电池的优势。

“有很多应用需要一天之内充电和放电好几百次,在这一点上超电容器无疑拥有明显的优势,”Joel Schindall 表示,他在 MIT 领导研究基于碳纳米管的超电容器。

尽管超电容器的制造商已经突袭了这一利基市场,但要在同样的体积和重量下存储与锂离子电池同样多的电量,对他们仍是一个巨大的挑战。Schindall 的努力早在 2006 年就已经在《MIT 技术评论》激起波澜:“一项突破性的技术把电子设备在几分钟内完成充电的承诺又了进一步,永远无需更换电池,以及降低混合动力车的成本。”

但他努力的结果“被拉平了,”Schindall 说。他也表示不知道自己的超电容器何时能够商用,“我也不确定时间会是一个星期、一个月,还是一年。”

电池,以及各种能量存储设备,从实验室都工厂往往都要经历一个严重的缩水过程。我们曾把这个过程比喻为中学食堂——尽管食堂里的厨师总是试图效仿家庭烹饪和饭店厨房,但为 3000 人做饭和给 30 个人、3 个人下厨有着根本性的不同。更多的时候,你需要的不是如何把这个流程扩大,而是需要一个全新的流程。

不过,两位科学家对他们的技术前途非常乐观,他们预计他们的电池能够在两至三年内进入市场。这项技术已经已经得到了两家公司的授权,一家是 A123 Systems ,是通用汽车的 Chevy Volt 电动汽车的合作伙伴;另一家是 Umicore,全球性的电池原材料供应商。 

 

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