10 月份锂电十大科研成果盘点
随着时代的飞速发展,电池技术成为制约科技发展进步的一道大坎。在10 月份,国内外又有多项科研成果新鲜出炉,小编在此整理了十大科研成果,与大家共享。
1.韩国科学家研发新型存储技术 充电比锂电池快 100 倍
10 月 10 日韩国科学、ICT、未来规划部对外宣称,一支由科学家组成的团队成功开发出新的混合能源存储技术,它的充电速度比常规蓄电池快很多。
据介绍,该科学家团队开发了一种多孔纳米管,这种纳米管拥有优良的介孔通道,可以让正离子和负离子通过,然后研究团队将新材料与锂电池、超级电容器的优点结合在一起。新的混合能源存储技术可以让电池的能量密度达到 275Wh/kg,相当于锂电池的 1.5 倍,充电和输出功率达到 23kw/kg,比锂电池快 100 倍。
2.中科院研制出高性能石墨烯锂电池材料
中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮和黄行九课题组的副研究员刘金云等在研制高性能石墨烯锂离子电池方面取得新成果,研制了具有高容量长寿命的三维石墨烯纳米复合锂离子电池材料。研究成果发表在国际期刊《先进材料》上,并且被选为卷首论文。
据悉,研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料,在 12 分钟完全充/放电条件下,循环 2000 次后电池容量大于 200 mAh/g (大量文献报道小于 1000 次、容量普遍低于 150 mAh/g) ;而且 1 分钟充电的容量,达到商用和文献报道的大于 5 分钟的相近容量。此外,该三维石墨烯复合电池材料结构设计还可以应用于锂离子电池负极材料,比如研制石墨烯/硅复合负极,展现出良好的通用性
3.德国研究院发布新超级电容材料
德国莱布尼兹新材料研究院 (Leibniz Institute for New Materials,INM) 发布新的超级电容材料,宣称可维持充电状态更久而不会自动放电。
传统电容采用以绝缘物质隔开、彼此相间的电板构造,超级电容则多半采用离子液态电解质材料,以便在更高电压下运作。莱布尼兹新材料研究院团队采用铁氰化钾与液态介质的混合式材料,其能量密度以重量计算为每公斤 28.3 瓦-小时(watt-hour),以体积计算为每公升 11.4 瓦-小时。
目前超级电容能量密度上限大约为 30 瓦-小时,莱布尼兹新材料研究院团队的成果已经相当接近上限值,并高于液态硫酸钠材质的超级电容。而研究团队也表示该材料可经过 1 万次充放电循环仍然维持稳定,认为在未来的能源储存市场中将有一席之地。
研究团队表示铁氰化钾氧化还原材料提供更高的能量密度,以及更高的电力输出,另一个重要关键是采用离子选择性的离子交换薄膜,可防止电流漏失,减少自动放电导致电力流失的现象,因而能保持在充电态更久,而不易自动放电。研究团队认为采用超级电容时总希望能维持充电态越久越好,不希望自动放电导致电力流失。
4.MIT 发现新型可导电海绵状 MOF 材料
美国麻省理工学院 MIT 首次发现了具有导电性的金属-有机框架化合物 MOF 材料 (metal-organic frameworks),海绵状微观结构的新型 MOF 材料具有极高的储能密度,有望能够成为新一代超级电容/电池技术的核心材料。可取代目前以碳纳米管材料为基础的超级电容器,碳纳米管材料的制备条件非常严苛,成本高昂。
该研究成果的论文已经刊载在最新的《自然材料》学术期刊上。
5.荷兰开发新锂电池技术:采用纯硅阳极 电池容量增加 50%
荷兰能源研究中心 (Energy research Centre of the Netherlands;ECN) 开发出新的锂电池能量储存技术,据称可让充电电池增加 50% 的储存容量。
该技术采用纯硅阳极,取代了锂离子电池传统上所使用的石墨阳极,从而使锂离子电池的组件储存容量增加了 10 倍,整个电池的储存容量则提升了 50%。然而,采用硅晶的问题在于当电池充电时会随之膨胀,使得组件的尺寸增加三倍,而可能使硅层变脆,并导致电池材料碎裂。
ECN 使用以等离子为基础的钠米技术,将硅柱排列在铜箔上,从而为可能发生的膨胀现象创造足够的空间,让电池得以保持稳定。
6.高性能石墨负极材料:中空碳微球
近日北京理工大学的 Xinyang Yue 等人基于介孔碳技术开发了一种微孔-介孔中空碳微球锂离子电池负极材料,该材料的比表面积高达 396m2/g,该材料不仅具有高容量特性,并且具有良好的循环性能,在 2.5A/g 的电流密度下,循环 1000 次仍然保持 530mAh/g 的比容量。该材料的倍率性能也十分让人震惊,在 60A/g 的电流密度下 (约为100C),该材料比容量仍然可达 180mAh/g。
目前该材料最大的问题是制备成本过高,振实密度偏低,难以商业化应用,而材料的首次不可逆容量过高的问题,可以通过负极补锂等技术进行解决。目前该方法还仅仅停留在实验室水平,还需要进一步研究,降低成本,提高材料的性能。
7.德国车载液流电池有望投产 挑战动力锂电池?
据美国媒体 10 月 21 日消息,德国初创公司 Nano Flowcell 研发的液流电池技术很可能投产。Quantino 配备 4 个轮内发动机,功率达 109 马力。据报道,该车能在 5 秒内从 0 加速至 100 公里 /小时。该公司目前正测试两款原型车,并已经在德国注册。
8.掺杂碳纳米管片 新型锂电池受损后可自我愈合
据报道称,研究人员开发了一种新型锂离子电池,即使受损后,它也能迅速"再生",恢复对外供电。发表在《Angewandte Chemie》上的论文称,新一代电池利用一系列掺有聚合物的碳纳米管片,在电池受损时不止会阻止泄露,还使"创伤面"能自我愈合。
研究人员认为自愈合电池可以用于可穿戴设备--尤其是有时可能受损的可穿戴设备。新型电池还处于试验阶段,因此要应用在 Fitbit 健身手环或 Apple Watch 等可穿戴设备中还需要一段时间。
9.高容量锂电正极材料:多壳金属氧化物
目前,锂离子电池发展所面临着一个主要问题在于:相比于负极材料,正极材料的容量普遍偏低。V2O5 由于具有较高的理论容量,被广泛视为一种具有前景的锂离子电池正极材料。
近日,中国科学院大学的王丹教授团队报道了一种利用碳微球作为模板,基于金属阴离子吸附机理制备的中空多壳层 V2O5 微球。研究者通过控制前驱体浓度、吸附温度、吸附时间、溶剂和热处理过程这五种不同的参数,制备了一系列不同结构的 V2O5 空心微球虽然不同的方法可能会得到相似的结构,例如多腔空心微球及双壳 V2O5 空心微球,但不同方法制备的三壳 V2O5 空心微球却有所不同。
随后研究者将所制得的三壳 V2O5 空心微球作为锂离子电池正极进行电化学性能表征,研究发现,这种多壳层的 V2O5 中空微球在 1000 mA g-1 条件下首次比容量高达447.9 mAhg-1,且循环 100 次后,比容量保持在 402.4mAh g-1。显著高于其他 V2O5 空心结构。
这种多壳层金属氧化物中空微球正极材料显著地降低了正负极材料之间容量的差距,为下一代锂离子电池的发展开创了一个新的渠道。相关研究成果在线发表于知名期刊 Nature Energy 上。
10.伦敦帝国理工学院开发出无人机无线供电技术:以线圈取代电池
多数基于机载电池的多轴无人机,其单次充电后的续航通常难以超过 30 分钟,这极大地限制了它们的能力。不过,伦敦帝国理工学院的科学家们,已经开发出了一款无需电池和送电线缆的新型无人机,因为它能够在空中无线摄取飞行所需的能量。
帝国理工学院表示,这是他们首次为飞行中的无人机提供无线能源。尽管目前只适用于 10CM (3.9 英寸) 的距离,但今后有望极大地拓展其应用范围。
这些成果中,有多少可以在不久的将来,或者很久将来实现呢?亦或者,迟迟未能再有进展,然后被抛弃呢?让我们拭目以待吧!
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LT3094: 在 1MHz 具 0.8μVRMS 噪声的负 LDO
LT3094 是一款高性能低压差负线性稳压器,其具有 ADI 的超低噪声和超高 PSRR 架构,适合为噪声敏感型应用供电。该器件可通过并联以增加输出电流和在 PCB 上散播热量。
LTM8002:高效率、超低 EMI 降压型电源 μModule
LTM8002 是一款 40VIN、2.5A 降压型μModule® 稳压器。它内置了开关控制器、电源开关、电感器和所有的支持性组件。该器件支持 3.4V 至 40V 的输入电压范围,和 0.97V 至 18V 的输出电压。
具电源系统管理功能的超薄型 μModule 稳压器
LTM4686 是一款双通道 10A 或单通道 20A 超薄型降压 μModule 稳压器。该器件1.82mm 的高度使之可放置到非常靠近负载 (FPGA 或 ASIC) 的地方,从而共用一个散热器。其 PMBus 接口使用户能改变主要的电源参数。