关于锂离子电池 (LiB)和蓄电池的未来
锂是所有金属中最轻的，具有最好的电化学势，并提供最大的单位重量能量密度。锂离子电池是最流行的可充电电池形式之一。与其他电池类型相比，锂离子电池通常具有高能量密度、很少或没有记忆效应以及低自放电。这些是目前最好的可充电电池。
成分：
- 正极：以氧化锂为活性物质。
- 负极：一般，
- 电解质：通常是有机碳酸酯的混合物，例如含有锂离子络合物的碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯。
图 8：锂离子电池充电和放电时的电子流动 [10]
电极反应
应用：
- 手持电子设备中使用的锂离子电池通常基于钴酸锂 (LiCoO2)
- 它们存在于不同的便携式设备中，包括手机、智能设备和其他几种家用电池设备。
- 由于其重量轻，它们还在航空航天和军事应用中得到应用。
- 它们被用于各种产品，例如个人电脑、智能手机和平板电脑。您可能认为几乎所有的 LiB 都用于您周围的电池中。
- 它也被广泛期望作为电动汽车的电池。
规格：
- 比能量：100 - 265W-h/kg
- 能量密度：250 - 693 Wh/L
- 比功率：250 - 340 W/kg
- 充放电率：80-90%
- 循环耐久性：400 - 1200 次循环
- 标称电池电压：6/3.85V
- 工作温度：-20至60摄氏度
- 功率密度 = 126 Wh/Kg
优点：
- 重量很轻。
- 高 C 级。
- 功率密度非常高。
- 电池电压高。
- 稳定安全
- 缓慢的自放电
缺点：
- 这些有点贵。
- 如果端子短路，电池可能会爆炸。
- 需要电池保护电路。
图 9：3.7 V 锂离子便携式电池[9]
电池的未来
虽然智能手机、智能家居，甚至智能可穿戴设备都变得越来越先进，但它们仍然受到功率的限制。大型科技公司和汽车公司都非常清楚锂离子电池的局限性。这里有一些重要且令人惊叹的电池技术，它们可能很快就会出现在我们面前。
- 德克萨斯大学沃克机械工程系主任兼德州材料研究所所长 Arumugam Manthiram 教授和德州大学的其他研究人员开发了一种不使用钴作为阴极的锂离子电池。相反，它使用锰和铝作为其他成分，转而使用高比例的镍 (89%)。钴是电池阴极中含量最少但价格最昂贵的成分。该团队确保这将带来良好的电池寿命和均匀的离子分布。
- 就连总部位于中国常州的蜂巢能源也宣布，它已经生产出专为电动汽车市场设计的无钴电池。该公司声称与欧洲巨头合作制造具有更高能量密度的电池，从而使电动汽车的续航里程可达 800 公里（500 英里），同时还能延长电池寿命并提高安全性。
- 东芬兰大学的研究人员开发了 一种使用介孔硅微粒和碳纳米管生产混合阳极的方法。他们的目标是取代石墨作为电池中的阳极，并使用容量是其十倍的硅！这种混合材料声称可以使用由大麦壳灰制成的有机硅来提高电池的性能。
- 莫纳什大学的研究人员开发出一种锂硫电池，可以为智能手机供电五天，性能优于锂离子电池。据称，这种新电池技术对环境的影响比锂离子电池小，制造成本也更低。
- IBM 研究的电池来自海水，性能优于锂离子电池，并且不含钴和镍等重金属。制造成本更低；它的充电速度比锂离子电池快，并且可以提供更高的功率和能量密度。所有这些都可以在电解质具有低可燃性的电池中获得。
图 10：IBM 实验室的研究[19]
- 一组研究人员开发了一种整流天线（无线电波收集天线），它只有几个原子，可以从空气中的 Wi-Fi 收集交流电并将其转换为直流电，为电池充电或直接为设备供电。
- uBeam 使用超声波传输电力。能量被转化为人类和动物听不见的声波，这些声波被传输，然后在到达设备时转换回能量。这一发现是由 25 岁的天体生物学毕业生梅雷迪思·佩里 (Meredith Perry) 做出的。
图 11：使用 uBeam [20]为智能手机充电
- StoreDot，一家诞生于特拉维夫大学纳米技术系的初创公司，开发了StoreDot充电器。它适用于当前的智能手机，并使用由天然存在的有机化合物（称为肽）制成的生物半导体。结果是一个可以在 60 秒内为智能手机充电的充电器。
- 阿尔卡特开发了一款屏幕上方带有透明太阳能电池板的手机，用户只需将手机放在阳光下即可为手机充电。
- 比尔盖茨基金会正在资助布里斯托尔机器人实验室的进一步研究，该实验室发现了可以由尿液供电的电池。它的效率足以为科学家们已经展示过的智能手机充电。
- 三星已成功开发出“石墨烯球”，能够将其现有锂离子电池的容量提高 45%，充电速度比现有电池快五倍。三星表示，其新型石墨烯电池可以在 12 分钟内充满电，而目前的电池大约需要一个小时。
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