11月最受关注的电池科研突破Top10
2016-12-17
核心提示：锂电池续航一直是是电动汽车一个老大难的问题，而锂电池的易燃体质，也是让电池开发者们头痛不已。因此，电池技术科研突破一直是锂电池续航一直是是电动汽车一个“老大难”的问题，而锂电池的易燃体质，也是让电池开发者们头痛不已。因此，电池技术科研突破一直是大家关注的热点话题，那么11月份有哪些技术突破受到了人们的关注呢？
1．超速铝电池问世 有望取代锂离子电池
ITRI公司与斯坦福大学合作研发出了款超速铝电池。据介绍，这款名叫“URABat”的超速铝电池，充电时间仅需1分钟，充电及使用过程中，充电效率始终维持在98％以上，并且能循环使用一万次。据悉，这款超速铝电池的主要材料为石墨和铝，可以任意变形甚至损坏也不会有任何安全隐患。相较于锂电池，安全性大大提升。
有人认为，这款URABat超速铝电池能够取代锂离子成为未来充电电池领域的领导者。
2．大连物化所石墨烯柔性超级电容器研究取得新进展
近年来，柔性化电子产品概念的不断提出，迫切需要开发与其高度兼容的具有高储能密度、柔性化、功能集成化的微型储能器件。中科院大连物化所的研究团队在前期研究中将甲烷等离子体还原技术和光刻微加工技术相结合，成功制备出石墨烯基高功率平面微型超级电容器。
这些柔性化、微型化超级电容器对于未来的电子器件展现出重要的应用前景。因此，这项研究也得到了国家青年千人计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金等项目的资助。
3．锂电池三元层状NMC材料研究取得进展
北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队，最近通过第一性原理计算和实验验证，发现三元层状正极材料的稳定性与晶格结构中最不稳定的氧有关，而氧的稳定性又由其基本的配位单元决定。通过此模型，他们系统地揭示了层状材料中锂的含量、过渡金属元素的含量及价态、Ni／Li反位缺陷等因素对氧稳定性的调控。这将为今后三元层状材料锂离子电池稳定性的优化提供重要线索和理论指导。上述研究成果以全文形式发表于国际著名期刊《美国化学会志》（J．Am．Chem．Soc．，2016，138，13326，13334）上。
4．南开大学柔性锂硫电池电极材料取得重大进展
近期，南开大学牛志强研究团队结合原位复合和金属还原自组装的方法制备了自支撑柔性石墨烯／硫纳米复合薄膜，复合物薄膜中石墨烯具有连续的网络状结构，硫均匀分散在石墨烯的表面，石墨烯连续的网络状结构不仅为离子和电子传输提供了有效的途径，还可以有效吸附多硫化物并抑制其溶解。
5．“人肠激发”可延长蓄电池使用寿命
据外媒10月26日报道，致力于研发新一代蓄电池的研究人员在实验中发现，人体肠道内部绒状结构中的指状突起，可为传统蓄电池的易降解问题提供解决方案。据这项研究的作者质疑，来自剑桥大学材料科学与冶金系的保罗 考克森博士（Dr Paul Coxon）介绍，研究团队在使用氧化锌电线构建出类似人体肠道内部结构的绒状结构，并将其置于蓄电池电极之一的表面时，该结构可以有效地捕捉周围即将流失的活性物质，阻止电池降解的发生，从而显著延长电池的使用寿命。
这一发现解决了阻碍新一代蓄电池快速发展的一个关键性技术难题，意义重大，但由于需要攻克的难点仍然存在，该蓄电池投入量产尚待时日。
6．丰田消灭锂电池减寿最大元凶 续航提升15％
丰田与日本一家公共实验室以及四所大学合作发现，锂离子在电极中不均匀移动及聚合是限制电池寿命和续航的最大元凶，这种现象同时也能导致电池过热。目前，丰田已经开发出了能够有效抑制锂离子在电极中不均匀移动及聚合的新型号电池，这种新电池能让电动汽车的里程和电池寿命最多提升15％。同时，电池安全性也更高。
遗憾的是，丰田方面并未透露何时会将这种新型电池量产，因此想要看到搭载这种高性能续航电池的汽车还需要更长一段时间。
7．美国高校研发出锂电池“完美替代者”
据国外媒体报道，目前佛罗里达中央大学（UCF）的科学团队已经研发出能够存储更多能量的“超级电池”。传统的锂电池充电 1500 次之后性能就开始有不同程度的衰减，而这种超级电容器能够连续使用 3 万次性能都不会下降。据介绍，中央大学（UCF）团队研发的超级电容器由几百万条长度仅为几纳米的电线组成，每条电线都被二维材料包裹着。超高的导电性能可以加快电子运动和转移的速度，使电池能够超快速地进行充电、放电。未来，这种电容器能够应用电动汽车等设备上，而且它的柔韧性极好，可以弯曲，因此还能与可穿戴设备结合。
据报道，超级电池的商业化量产还有一段时间，这款产品更多的是带给电池技术研发一些新的启示。
8．北京交通大学开发出高倍率性能纳米富锂材料
北京交通大学的Linjing Zhang等人开发了一种两步水热法合成高倍率性能纳米富锂材料，该材料具有良好的循环性能和倍率性能，1C倍率下比容量可达238．7mAh／g，10C的倍率下，比容量仍然可达182．7mAh／g。Linjing Zhang利用两步水热法合成了Li［Li0．2Ni0．2Mn0．6］O2材料，该方法主要包含两个步骤，第一步利用葡萄糖在180℃下水热法合成碳微球，作为第二部模板。在第二步水热法合成过程中，以Ni和Mn的醋酸盐作为原料，在450℃下合成富锂材料，通过在其中添加不同的数量的第一步过程所合成的碳微球来改善富锂材料Li［Li0．2Ni0．2Mn0．6］O2的形貌结构，这些添加的碳微球模板在后续的烧结过程中会发生分解，从而不会残存碳材料。
9．西北大学取得石墨烯产业化应用多项突破
11月12日，记者从西北大学石墨烯制备技术与产业应用课题组了解到，该团队在石墨烯研究与产业化中的多项突破，使电池体积缩小、容量增加成为可能。课题组实现了高性能石墨烯批量制备，批产量达到公斤级。
截至目前，课题组完成了批产量500公斤的石墨烯改性石墨锂电负极材料的工业化放大试验，产品性能达到了国标高性能石墨负极材料指标。同时，实验室制备出多种超过1000mAh／g（毫安时每克，质量比容量单位）石墨烯锂电池负极材料，与国际研究同步。
课题组正在积极搭建平台，推动克容量接近或大于500Amh／g的石墨烯锂电池负极材料尽快产业化。
10．青岛能源所在高能量密度固态电池研究中取得进展
团队创造性地提出了“刚柔并济”聚合物电解质的设计理念，创新性地构建了复合电解质材料体系，制备出一系列综合性能优异的固态聚合物电解质体系，有效解决了聚合物电解质各项性能不能兼顾的难题，发展了新型的固态电解质关键材料体系。目前在固态单体电池的器件制备方面，青岛储能院，已开发出6Ah大容量三元固态锂电池。能量密度超过250Wh／kg，循环寿命超过500圈，通过五次穿钉实验，固态电池并未起火和爆炸，安全性能极佳，而且在拔除钉子后电压有所恢复，这再一次彰显出固态电解质良好的自修复性能和安全性能。
除此之外，固态锂电池机械强度高，已通过11000米模拟深海压力舱实验，现在正准备深海搭载实验。相关技术已申请中国发明专利29项，国际PCT专利3项。
从以上10项科研突破我们可以发现，眼下热门的电池技术研究可分为三种：1）代替锂离子电池的技术，如固态电池、铝空气电池、锂硫电池等等；2）开发高性能的电极材料的技术，如富锂材料等；3）石墨烯在锂电池上的应用技术。
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