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2018年5月11日 星期五

How can graphene improve batteries?



來源:腾讯数码 作者科技1号线






智慧手機技術似乎每年都會有重大發展。每年智慧手機相機都會更上一層樓,低光環境下成像品質,都會給人留下更深刻的印象;尺寸更大、亮度更高的無邊框顯示螢幕;CPU(中央處理器)和GPU(圖像處理器)性能遠遠超過去年的機型。

但是,有一項技術卻基本上沒有什麼進步:電池。現在,手機廠商已經不再嘗試降低手機厚度,開始熱衷於整合容量更大的電池。類似快速充電的權宜之計,幫助人們充分利用了電池,但也帶來了過熱,和電池更快地老化的風險。

目前的技術:鋰離子電池





目前大多數電子設備,都使用鋰離子電池供電,原因就在於鋰離子電池的諸多優點:生產成本低、容量大、充電速度相對快。但鋰離子電池也有缺點:隨著時間推移容量會越來越少,使得它們的使用壽命只能持續約2年時間,快速充電會產生大量熱量。另外,鋰離子電池不喜歡高溫,高溫會加快鋰離子電池老化速度,甚至起火。

幸運的是,我們可以對鋰離子電池進行改良。我們對新一代智慧手機電池有哪些要求呢?更高的容量、更慢的老化速度、增加的穩定性(安全性)和更快的充電速度。以下是我們可能用上的新技術。

改變結構:無序陰極





目前的鋰離子電池,是透過使鋰原子,和過渡金屬原子,一層層整齊地疊起來製造而成的。科學家把這稱作「有序」。

有序結構使得鋰元素,能輕鬆地在不同層間遷移,實現高容量的電池。但我們可以透過無序的結構來改進電池。不過,在伯克萊的科學家取得突破前,這一思路的問題在於,沒有確定的方法能生產無序陰極。

伯克萊科學家的研究表明,與有序材料相比,某些類型的無序材料能儲存更多鋰元素,從而進一步提高電池容量。這一研究團隊還發現,利用一個被稱作氟化作用的過程,他們能延長電池使用壽命,降低電池起火的可能性。

如果無序鋰離子電池投放市場,智慧手機不但能配置容量更大的電池,安全性也將進一步提高。

石墨烯球——很快投放市場?




Phone Arena表示,快速充電技術的問題之一是,會導致電池更快地老化。但是,三星和首爾大學的研究人員,在電池電極上覆蓋了一層石墨烯材料。他們利用這一方法製造出來的電池,充滿電只需要12分鐘,比現有技術快5倍。電池容量也增加了45%。

研究項目負責人Son In-hyuk博士表示,他們的研究,「使以合理的價格,大規模合成多功能複合材料石墨烯」成為可能。這意味著,我們很快就可以看到,使用石墨烯球電極塗層的電池。

這一技術將使我們能用上容量更大的電池,它能在穩定的溫度下運行,充電速度非常快,而不會造成電池快速老化。三星指出,這類電池非常適合用在電動汽車中。目前電動汽車充電需要較長時間。

固態鎂電池




前兩項技術主要是對鋰離子電池的改進,固態鎂離子電池,與它們有很大不同。固態鎂離子電池與鋰離子電池的不同之處是,電解質是固態的,而非像目前的電池那樣是液態的。

這意味著這類電池的安全性,要遠高於使用液態電解質的電池,因為它不會像鋰離子電池那樣著火。另外,固態鎂離子電池的容量是鋰離子電池的2倍。

令人遺憾的是,生產固態鎂離子電池的技術,還處於發展的早期階段。但是,當固態鎂離子電池問世時,它將是我們製造的有史以來最安全的電池之一。


今年的智慧城市展的看頭 Review……

                                                                                                                                                                   


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