最強(qiáng)量子電池,輸出功率接近電容
發(fā)布時(shí)間:2014-07-22 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】電池儲(chǔ)能的功率密度低,過充電、過放電和頻繁充放電都會(huì)影響壽命,不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量能量,難以滿足車輛在制動(dòng)或起動(dòng)時(shí)的功率需求。因此人們開發(fā)了車用超級(jí)電容,可以適應(yīng)瞬間充放電和頻繁充放電,循環(huán)壽命長(zhǎng),受低溫影響小,電量檢測(cè)方便,而且超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本每年都在以低于 10% 的比例減少。
日本Micronics Japan公司與Guala Technology公司共同開發(fā)出了新原理充電電池“battenice”的量產(chǎn)技術(shù)。這種電池不同于化學(xué)電池,而屬于采用量子技術(shù)的物理電池。并且,這種電池的放電特性象化學(xué)電池那樣可保持一定的電壓,而不是象雙電層電容器那樣電壓會(huì)隨著放電成比例下降。
Micronics Japan公司認(rèn)為,battenice可實(shí)現(xiàn)1.5V電壓,500Wh/L能量密度,8000W/L的輸出功率密度,充放電壽命(維持在初期容量的90%以上時(shí))為10萬次,工作溫度范圍-25~+85℃。
這種新型電池是采用由絕緣膜(絕緣性樹脂或無機(jī)絕緣物)包裹的n型金屬氧化物半導(dǎo)體〔如二氧化鈦(TiO2)、二氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)等〕的微粒子作為充電層制成的。在制造過程中,通過在某種條件下向該充電層照射紫外線,n型金屬氧化物半導(dǎo)體的帶隙(價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的寬度)內(nèi)便可形成很多新的能級(jí)。充電時(shí)電子進(jìn)入這些能級(jí),而放電時(shí)這些能級(jí)中的電子便釋放出來,從而起到充電電池的作用。
優(yōu)缺點(diǎn)鮮明
據(jù)Micronics Japan公司介紹,新型電池具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)全固體構(gòu)造,無需擔(dān)心漏液;(2)因不使用可燃性材料,無需擔(dān)心過熱起火;(3)不使用稀有金屬和稀土材料,無需擔(dān)心資源短缺;(4)不使用環(huán)境負(fù)荷高的物質(zhì),有利于環(huán)保;(5)充放電壽命長(zhǎng)(加速試驗(yàn)已證實(shí)可充放電1萬次以上,現(xiàn)正以10萬次為目標(biāo)開發(fā)),有利于減少?gòu)U棄物;(6)輸出功率密度與電容器比肩,等等。
那么,這種新型電池能不能取代鋰離子充電電池呢?關(guān)于這一點(diǎn)目前認(rèn)為還不能一概而論。因?yàn)檫@種電池每個(gè)電極的能量密度比不上高性能鋰離子充電電池,并且如果沒有技術(shù)性突破,能量密度很難大幅提高。畢竟現(xiàn)在的消費(fèi)類鋰離子充電電池,圓柱型電池“18650”的能量密度已超過650Wh/L。而這種新型電池的初期產(chǎn)品目標(biāo)是500Wh/L;新型電池目前在一塊基板上能夠形成的充電層限定于薄膜狀,并且最多只能形成2層(在基板的兩面上形成)。
期待形成新市場(chǎng)
新型電池與鋰離子充電電池相比,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):輸出功率密度非常高、無需擔(dān)心因漏液和過熱而起火、無需擔(dān)心資源枯竭、充放電壽命長(zhǎng)等。可以考慮利用這些優(yōu)點(diǎn),找到與鋰離子充電電池不同的有效用途。因此,希望新型電池不僅可以象原來那樣層疊起來做成塊狀電池使用,還可以利用薄片狀的特點(diǎn),應(yīng)用于可穿戴設(shè)備,以及與薄膜太陽能電池結(jié)合起來,作為基板內(nèi)置電池等柔性薄膜電池使用,以期形成新的市場(chǎng)。
Micronics Japan公司表示,這種電池可以卷對(duì)卷制造。并且,無需化學(xué)電池所需的1~2周老化工藝。如果利用這種高量產(chǎn)性,可以量產(chǎn)多種外形尺寸,還可通過在卷上實(shí)施串聯(lián)或并聯(lián),應(yīng)對(duì)輸出電壓多樣化的需求。
筆者之前的科普文初步介紹過車用電池和電容的特點(diǎn)區(qū)別:
電池儲(chǔ)能的功率密度低,過充電、過放電和頻繁充放電都會(huì)影響壽命,不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量能量,難以滿足車輛在制動(dòng)或起動(dòng)時(shí)的功率需求。因此人們開發(fā)了車用超級(jí)電容,可以適應(yīng)瞬間充放電和頻繁充放電,循環(huán)壽命長(zhǎng),受低溫影響小,電量檢測(cè)方便,而且超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本每年都在以低于 10% 的比例減少。
但是超級(jí)電容也有能量密度與電池差距較大、容易漏電等缺點(diǎn),無法長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量,所以也有研究人員在嘗試電池電容混合的電力系統(tǒng),同時(shí)兼顧電容充放電迅速和電池能量密度相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn),用電容進(jìn)行緊急充放電,用電池長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量,電池和電容分工合作。
雖然battenice電池目前中長(zhǎng)期的能量耗損表現(xiàn)還不清楚,但是按照目前資料,這種新型量子電池的性能特點(diǎn)不像化學(xué)電池,而是更接近電容。實(shí)用化之后也可以與傳統(tǒng)電池搭配。battenice功率密度高,能量密度低,而化學(xué)電池正相反,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),確實(shí)可以同時(shí)滿足續(xù)駛里程和加速性能的要求,但是這對(duì)于整車廠的能量分配技術(shù)要求較高,這方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)外差距依然很大。
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