華為宣布即將投產(chǎn)新研發(fā)出的石墨烯鋰電池，充電速度比普通手機(jī)快１０倍；董小姐聲稱(chēng)用了鈦酸鋰電池，霧霾天氣將會(huì)減少一半。。。。。。這些電池前沿技術(shù)在過(guò)去的一年被炒的火熱，各種媒體報(bào)道鋪天蓋地，到底是噱頭還是黑科技？ 是否真的有希望取代鋰離子電池？別著急，且看下文，老司機(jī)帶你看懂十大電池黑科技，媽媽再也不用擔(dān)心我們被騙了！
石墨烯電池
什么是石墨烯電池？嚴(yán)格定義的石墨烯是由碳原子組成的單層石墨，是只有一個(gè)碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有非常好的導(dǎo)熱性、電導(dǎo)性、透光性，而且強(qiáng)度高、超輕薄、比表面積超大。
廣義的石墨烯包括雙層石墨烯、多層石墨烯、３Ｄ石墨烯、石墨烯氧化物、量子點(diǎn)石墨烯等。因微觀構(gòu)造和表面官能團(tuán)的不同，其性質(zhì)也有很大差異。市場(chǎng)上多數(shù)石墨烯產(chǎn)品都是按照此類(lèi)劃分，為多層石墨結(jié)構(gòu)。
石墨烯產(chǎn)品在電池中的應(yīng)用，在理論上有許多設(shè)想和研究方向，比如石墨烯導(dǎo)電漿料添加至正極，涂于或直接用作隔膜，用作或包裹負(fù)極材料等，以磷酸鐵鋰電池為例，具體地展示了石墨烯在電池產(chǎn)品中的應(yīng)用場(chǎng)景。市場(chǎng)上習(xí)慣把運(yùn)用了石墨烯材料的電池概稱(chēng)為石墨烯電池，而不特指用作負(fù)極的電池，不是嚴(yán)格意義上的石墨烯電池。
石墨烯粉末應(yīng)用于電池領(lǐng)域主要有四大應(yīng)用：１）正負(fù)極導(dǎo)電添加劑，可提升充電速度。２）石墨烯復(fù)合電極材料，如硅碳復(fù)合負(fù)極材料或包覆磷酸鐵鋰，能夠提升電池容量。３）石墨烯功能涂層，降低電池內(nèi)阻，提升電池壽命。４）石墨烯直接用作負(fù)極，理論比容量是當(dāng)前石墨負(fù)極的兩倍。
石墨烯與新型負(fù)極材料的結(jié)合，主要是利用石墨烯片層柔韌性來(lái)緩沖這些高容量電極材料在循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹，同時(shí)考慮石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能可以改善材料顆粒間的電接觸降低極化，這些效用均可有效改善復(fù)合材料的電化學(xué)性能。然而，運(yùn)用常規(guī)的碳材料復(fù)合技術(shù)和工藝，同樣能夠取得類(lèi)似甚至更好的電化學(xué)性能。比如硅碳復(fù)合負(fù)極材料，相比于普通的干法復(fù)合工藝，復(fù)合石墨烯并沒(méi)有明顯改善材料的電化學(xué)性能。因此，石墨烯粉體材料在負(fù)極電極上的應(yīng)用前景尚不明朗，石墨烯用作硅碳負(fù)極的包覆材料或許前景更為光明。
鋰硫電池
鋰硫電池理論能量密度高達(dá)２６００Ｗｈ／ｋｇ——１，是未來(lái)最具應(yīng)用前景的新型二次電池之一。但其充放電過(guò)程中的中間產(chǎn)物在電解液中具有一定的溶解性，易擴(kuò)散到負(fù)極，并與鋰金屬反應(yīng)，造成正極活性物質(zhì)損失，并腐蝕鋰負(fù)極，嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，成為制約其商業(yè)化應(yīng)用最關(guān)鍵問(wèn)題。該工作借鑒了鐵電材料與光催化領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，簡(jiǎn)單地將鐵電材料ＢａＴｉＯ３作為添加劑加入到正極漿料之中，利用納米ＢａＴｉＯ３自發(fā)極化特性吸附同樣為極性的中間產(chǎn)物，顯著提升鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性。比其他思路，該方法操作簡(jiǎn)單，可無(wú)縫銜接到目前鋰電池電極制造工藝之中，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
無(wú)鈷高電壓電池
Ｎａｎｏ ｏｎｅ公司宣布成功研制無(wú)鈷高電壓鋰電池陰極材料——高電壓尖晶石。該材料只含鋰、錳、鎳而不含鈷元素，與已商業(yè)化的含鈷電池材料相比，具有輸出電壓高，壽命長(zhǎng)，安全性高，電池容量和放電功率大的特點(diǎn)，同時(shí)降低了成本、環(huán)保和供應(yīng)鏈的風(fēng)險(xiǎn)壓力。高電壓電池材料重量輕、體積小和成本低的優(yōu)勢(shì)將在未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)和數(shù)碼產(chǎn)品中發(fā)揮重大作用。
鋰空氣電池
鋰空氣電池的基本化學(xué)原理十分簡(jiǎn)單。這種電池通過(guò)鋰和氧結(jié)合成過(guò)氧化鋰實(shí)現(xiàn)放電，再通過(guò)施加電流逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程而完成充電。放電時(shí)，從負(fù)極出發(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生一種叫過(guò)氧化鋰的固體產(chǎn)物，填充于碳電極的孔隙中。充電時(shí)，化學(xué)過(guò)程逆轉(zhuǎn)，過(guò)氧化鋰被分解釋放氧氣。
鋰空氣電池的原型其實(shí)在很早之前就已經(jīng)被成功制造了出來(lái)，該電池的蓄電能力理論上是目前市場(chǎng)上鋰離子電池的１０倍，而由于鋰金屬在化學(xué)上具有極其不穩(wěn)定性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在多個(gè)重大缺陷。和目前的可充電電池中盛行的鋰離子技術(shù)相比，鋰空氣電池理論上可存儲(chǔ)的能量要多得多。理論上這樣的能量密度可使電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航能力接近傳統(tǒng)汽油汽車(chē)，而且鋰空氣電池的成本和重量只有現(xiàn)在市面上銷(xiāo)售的電動(dòng)汽車(chē)所使用的鋰離子電池的１／５。
劍橋?qū)嶒?yàn)室開(kāi)發(fā)出的鋰空氣電池模型蓄電能力約為３０００瓦時(shí)／千克，是現(xiàn)有鋰離子電池的約８倍，可循環(huán)充放電２０００次左右，首次循環(huán)充放電效率高達(dá)９３％，即充入電池中９３％的能量在放電時(shí)都能被使用。但是至少還需１０年的工作才能將該電池變?yōu)榭捎糜谄?chē)和電網(wǎng)蓄電的商業(yè)電池。固態(tài)鋰電池
固態(tài)鋰電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。由于固態(tài)鋰電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車(chē)很理想的電池。它的工作原理與液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的原理相通。在構(gòu)造上，全固態(tài)鋰電池比傳統(tǒng)鋰離子電池要簡(jiǎn)單，固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子，也充當(dāng)隔膜的角色。因此，在全固態(tài)鋰電池中，電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大簡(jiǎn)化電池的構(gòu)建步驟。
２０１６年，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所和物理所共同合作研發(fā)出一款全固態(tài)鋰離子電池。使用Ｃｏ９Ｓ８——Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１作為電解質(zhì)（與液態(tài)電解液的電導(dǎo)率相當(dāng)），Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１——ＳｕｐｅｒＰ作為正極，金屬鋰作為負(fù)極，也就是用石墨做負(fù)極，用硫化物復(fù)合電解質(zhì)，為無(wú)機(jī)電解質(zhì)。
該款電池用鈷酸鋰做正極，４Ａｈ的電池，這種電池的性能同樣非常優(yōu)異，它的能量密度是２４０瓦時(shí)／公斤，常溫循環(huán)５００次，容量還有８８％多。通過(guò)了一系列針刺、過(guò)充、短路、強(qiáng)制放電、高溫循環(huán)的實(shí)驗(yàn)。
不燃燒電池
鋰離子電池在發(fā)生熱失控時(shí)，放熱量最多的是電解液，因此不燃燒電解液是保證電池不燃燒所要解決的最重要問(wèn)題。微宏歷時(shí)８年研發(fā)出了不燃燒電池技術(shù)，主要從隔膜耐高溫、電解液不燃燒的主動(dòng)防御，與ＳＴＬ智能熱控流體技術(shù)的被動(dòng)防御兩個(gè)層面解決鋰離子電池的安全困局。
與普通的ＰＥ隔膜相比，耐高溫隔膜熔點(diǎn)更高，可以保證電池即便在３００攝氏度的高溫下也不會(huì)發(fā)生收縮，防范電池內(nèi)部短路，從而避免熱失控。在解決了鋰離子電池內(nèi)部的電解液以及隔膜的問(wèn)題，相當(dāng)于為不燃燒電池主動(dòng)設(shè)立了防御措施。
ＳＴＬ智能熱控流體技術(shù)是指將電池組浸沒(méi)在液體里，利用絕緣導(dǎo)熱液體作為絕緣、阻燃、導(dǎo)熱性能俱佳的材料，能夠在電池組內(nèi)部發(fā)生細(xì)微內(nèi)短路的情況下，快速隔絕熱失控點(diǎn)，同時(shí)利用液體降低熱失控點(diǎn)的溫度，最大程度地降 低了電池組安全風(fēng)險(xiǎn)。ＳＴＬ除了安全以外，也能夠均衡電池組內(nèi)部溫度差異、并利用外部循環(huán)實(shí)現(xiàn)更好的溫度控制，同時(shí)即便電池組漏液，也能及時(shí)通過(guò)液體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，安全更有保障。
不燃燒電解液與耐高溫隔膜兩個(gè)主動(dòng)的防御措施，配合ＳＴＬ智能熱控流體這一被動(dòng)防御措施，最終實(shí)現(xiàn)了電池系統(tǒng)級(jí)別的不燃燒、高安全與高性能。氫燃料電池
氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是通過(guò)氫氣與空氣中的氧氣進(jìn)行非燃燒的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)催化劑實(shí)現(xiàn)電子與離子的分離，進(jìn)而產(chǎn)生電流，推動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池是最常見(jiàn)的燃料電池，因此氫離子可直接穿過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，而電子只能通過(guò)外電路才能到達(dá)陰極。當(dāng)電子通過(guò)外電路流向陰極時(shí)就產(chǎn)生了直流電。
目前，世界上僅有３款實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)，分別為豐田Ｍｉｒａｉ、本田Ｃｌａｒｉｔｙ和現(xiàn)代ｉｘ３５／途勝Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ氫燃料電池車(chē)。