2016年8月26日 星期五

.MIT 讓 iPhone 電池的電量提高一倍,他們是怎麼做到的?

leiphone 恒亮
MIT让iPhone电池的电量提高一倍,他们是怎么做到的?

看過iPhone拆機圖解的小夥伴可能都知道,電池佔據了相當大的一部分手機內部空間。其實不止蘋果,其他的手機廠商們為了保證手機的輕薄質感,同樣也要做出一個抉擇:要麼犧牲待機時間,壓縮電池的容量,要麼減少元器件個數,選用更輕薄小巧的零組件,這在很大程度上,左右著手機行業目前的工業設計。

現在,來自MIT(麻省理工大學)能源實驗室的科學家們打算改變這一現狀。

據MIT News近日報導,一種新型「鋰金屬」技術,可以在保持電池體積不便的情況下,將鋰離子電池原有的離子數量提高一倍,進而將電量也提高一倍,或者也可以選擇在電量不變的情況下,將電池的體積減小一倍,無論上述的哪種做法,都將在很大程度上顛覆現有的電池工業領域。

這項技術來自MIT能源實驗室旗下的SolidEnergy Systems公司,該公司創始人兼首席執行官胡啓朝(Qichao Hu)在接受採訪時表示:「這是電池行業的一個豐碑。」

技術原理
在典型的鋰離子電池中,一般是使用鋰金屬鋰合金的氧化物作為正極材料,石墨為負極材料,與非水電解質共同產生化學反應。其可選的正極材料很多,主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。

而由於石墨本身良好的導電性和本身化學性質的穩定,其不會與電解質溶液發生額外的化學反應,因此被廣泛採用為負極材料。在電池工作時,通過正負電極上互補的化學反應產生電子的定向移動,從而為手機等設備供電。

然而,通常作為最優負極材料的石墨也有其局限性。石墨雖然能導電,但畢竟不是金屬,因此其內部有限的離子數就成了最大劣勢。科學家們一直都希望用鋰金屬來取代石墨,因為它可以容納更多的離子。

最早於1996年開始出現的可充電鋰金屬電池,就是基於這一思路研發的。在那時的鋰金屬電池中,一般使用二氧化錳為正極材料,金屬鋰或其合金為負極材料,同樣使用非水電解質溶液參與反應。

但是由於鋰等金屬的化學性質沒有石墨穩定,它們會與電解質產生額外的化學反應,從而產生各種類型的混合物污染電解質,因此大大減少了充電壽命,使得鋰金屬電池幾乎成為不可反覆使用的消耗品。

另外,這種反應同時會產生大量的熱,有可能點燃電解質並產生爆炸。加上鋰金屬電池超高的技術要求,因此一直未能普及開來,目前全球只有少數幾個國家的公司,在生產這種鋰金屬電池。

但是SolidEnergy Systems公司的這款新型鋰金屬電池,攻克了以上難題,他們開發了一種新的固液混合解決方案。

為了防止與傳統的電解質溶液反應,他們在鋰金屬表麵包裹了一層薄薄的固體導電物質,然後又對傳統電解質進行了化學改造,在保證導電的前提下降低了其活躍性,並重新設計了電池結構,改善了正負極之間的隔離層材質,使得鋰金屬在保證離子攜帶數量的同時,可以不與電解質產生額外的化學反應。

在確保可以反覆充電和安全性的同時,電池電量也得到了成倍提高。

更關鍵的是,這種新型鋰金屬電池在現有的鋰離子電池工廠就成生產,這使得該技術擁有非常廣泛的應用前景。

MIT让iPhone电池的电量提高一倍,他们是怎么做到的?


未來應用
目前,該公司已經對外公佈了相關領域的應用規劃。在2017年,他們將把這種新型電池提供給智能手機和可穿戴廠商,在2018年,他們會提供新電池給電動汽車製造商。不過,最早於今年11月,他們打算將該技術首先提供給一些無人機制廠商。

胡啓朝表示:「目前有許多公司已經使用無人機和熱氣球,為眾多的發展中國家帶去了免費的網路接入服務,以及突發性災難事故的救助服務。我認為這是一件非常重要,也非常令人驕傲的事業,因此我們打算在今年11月,首先幫助這些企業改善電池的續航問題。」


將這一技術應用在電動汽車領域也著實令人充滿了期待。胡啓朝表示:「目前電動汽車默認的工業標準是每次充電後至少行駛200英里(約合320多公里)。我們的技術可以減少一半的電池尺寸和重量,同時保持相同的行駛里程,因此在保證電池體積不變的情況下,我們的技術可以讓未來的電動汽車在一次充電之後至少行駛400英里。」

在技術日新月異的今天,我們幾乎每天都能感受到這世界一些細微的變化,SolidEnergy Systems公司的這款新電池就是其中之一。憑借他們的這項技術,手機、可穿戴設備、電動汽車和無人機等所有用到充電電池的領域,未來都有可能產生更大的變革,我們對此充滿期待。


                                                                                                                                                                                                                             



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