电量焦虑者的福音,电池技术终于迎来新突破

发布时间:2020-01-24    浏览数:
常有人说,现代科技已经进入了瓶颈,技术的增速,相比上个世纪大爆发时代,显著减缓。


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其中很大的一部分,要归结于材料技术,为它背锅的头号苦主,就是电池。

姑且不论行内专业人士,仅仅是作为一名普通用户,感觉最明显的,就是手机续航。

最近十几年来,一直没有什么突破性进展。

这年头,还想要续航超强的手持设备,你只有两个选择:


A - 回归诺基亚的怀抱

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真正的“锤子手机”


B - 用它

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劲量 Power Max p18K,18000毫安电池

都不选,只能选择死亡。

好在,拯救世界的科学家出现了。

澳大利亚莫那什大学的研究团队,公布了一项重大研究成果:

通过改进过的阳极生产工艺,制造出有望让手机续航突破5天的新型锂-硫电池:

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而且,也将可能使电动汽车的单次充电续航里程,突破1000公里大关。

这可能是近年来,最有商业化前景的电池技术进展。

如果可以成功地,以这个水准实现大规模生产,现在的主流移动设备和电动车电池,都将落入“退群”的边缘。

为什么这种电池这么dio?坐好,来听机哥掰一掰。

现在我们手机里最普遍使用的,全都是这样的锂离子电池。

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但其实,这只是个简称,它的全称,是锂聚合物电池。

虽然同样是姓“Li”,但它和机哥刚刚提到的锂硫电池还是有不小差别的。

锂聚合物电池,本质上是锂离子电池,依靠的是钴锂氧化物和负极中的碳元素来产生电流。

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基本设计,和去年获得诺贝尔奖的锂离子电池原型并没有明显的差别。

但锂聚合物电池通过将原来液态的电解质,替换为了胶质固态的聚合物,让它变得更加安全。

而在锂硫电池里,阳极的材料,使用的是硫元素,阴极中锂离子向阳极硫化物转移,产生电流。

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小本本记一下,明天要考

看到这图,是不是又回想起被材料化学支配的恐惧?

看不懂也木有关系,我们只需要知道,锂硫电池的优点,相当多。

最主要的,是能量密度大。

理论估算,Li-S 体系的能量密度,高达 2600 瓦时每千克,几乎是锂离子电池的 10 倍。(2600 vs 265)

在实际运用下,锂硫电池能量密度也至少是锂电池的两倍以上,一个顶俩。

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可以以更小的的体积,提供更长的续航。

其次,锂硫电池的重量很轻,同体积下和水差不多重。

其三,便宜,硫是一种很便宜的原材料。

而且,它还有一个很重要的加分项——环保,生产流程废料毒性小。

绿色,让人快乐。

这么多优点,几乎全程在吊打锂电池,为啥到现在还是没有成功商用?

因为,缺点也很明显。

锂硫电池会在阳极的多硫化物中,出现坑爹的穿梭效应 (shuttle) 。

原理很复杂,为了保护各位的脑子和机哥的肝,长话短说。

阳极材料中的硫,会随着反应过程,在电池中反复横跳,长此以往,就会让电池性能断崖式下跌。

要知道,现在的传统锂电池,拿 iPhone 举个例子,性能衰减的门槛是 500 次充放循环。

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而锂硫电池可能只有 200 次上下。

更坑爹的是,它的电池容量虽然超高,但因为硫的材料特性,会在充电时膨胀,从而让电池裂开。

这很危险,电池胀了,机也就废了。

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澳洲莫那什大学的科学家们,解决的就是锂硫电池的膨胀问题。

她们通过重新设计硫阳极的设计工艺,在材料中留下空隙,留下膨胀的空间。

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经过改进之后,对反复充电-放电的耐久度也非常稳定。

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在经过 200 个充放循环后,还能保持 99% 的电池效率。

这种电极的加工方式,已经申请了专利,并成功地在德国做出了第一个原型。

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据说,中国和欧洲的电池厂商已经对大规模量产表示出了兴趣。

大家都认为,锂硫电池,是现用锂离子/锂聚合物电池的继任者。

各家厂商都在做商业化的尝试,比如说索尼。

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早在 2015 年,日经新闻曾经报道过,索尼也在开发商用化的锂硫电池,预期能为手机增加 40% 的续航时间。

然而 2020 年已经到了,索尼大法,在吗?

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解决了关键技术问题之后,距离成功的大规模量产,已经又进一步。

电池界已经出现过好几次“全村的希望”。

虽然如此,它们仍然是在锂离子电池里面,矮子里拔高个。

比如说前两年,被炒到飞起的石墨烯,通过在电池的负极中,掺杂石墨烯碎片。

希望能用这样的方法,提高导电性能。

但那些声称“成功量产”的,已经翻车。

还有三星永远还在“快了”阶段的球形石墨电池,在产出一片论文后,杳无音讯。

这样看来,把希望寄托于Li-S电池无疑是更加靠谱的一种解决方案。

在这之后,我们可以预见,手机设计终于可以摆脱“给电池腾位置”的苦逼阶段,为所欲为。

超薄、超清、超长续航,都可以陆续安排上。

而且,还会更便宜。

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