锂电潜力已开发至极限?世界需要一场新电池革命


锂电潜力已开发至极限?世界需要一场新电池革命



据连线杂志报道 , 从智能手机到笔记本电脑 , 从电动汽车到电子烟 , 锂离子电池正为各种各样的电子产品提供动力 。 但是 , 随着锂的潜力被开发至极致 , 研究人员正在努力寻找下一个电池突破点 。 如果你在智能手机上阅读这篇文章 , 这意味着你正拿着一颗“炸弹” 。 在防护屏下 , 锂(一种非常易挥发的金属 , 一旦与水接触就会被点燃)的化合物正在被分解 , 并在强大的化学反应中重新构建 , 这种化学反应为现代世界提供了不可或缺的动力 。
锂正被应用在手机、平板电脑、笔记本电脑以及智能手表中 , 并且存在于我们的电子烟和电动汽车上 。 它身轻体软 , 且属于能量密集型物质 , 这使它成为便携式电子产品的完美动力之源 。 但是 , 随着消费技术变得越来越强大 , 锂离子电池技术却始终难以跟上步伐 。 现在 , 就在全世界都对锂上瘾之际 , 科学家们正争相重新发明为世界提供动力的电池 。
巨大的发光屏幕、更快的处理速度、快速的数据连接以及轻薄的设计时尚 , 这些都意味着许多智能手机的电量很难支持使用一整天 。 有时候 , 手机用户甚至要多次充电 。 在使用两年后 , 很多设备的电池续航时间都会急剧缩短 , 不得不被扔进垃圾堆 。 锂的巨大优势也是它最大的弱点 。 它是不稳定的 , 可能会爆炸 。 锂离子笔记本电脑电池的能量与手榴弹相差无几 。 Ionic Materials创始人兼首席执行官迈克?齐默尔曼(Mike Zimmerman)说:“口袋里有部智能手机就像口袋里揣着煤油一样 。 ”
齐默尔曼在他位于美国马萨诸塞州沃本(Woburn)的公司研究实验室 , 亲眼目睹了这种燃烧效果 。 在一项实验中 , 一台机器通过电池组驱动钉子 , 电池组迅速膨胀 , 就像微波炉里的爆米花一样 , 然后发出明亮的闪光 。 过去50年的电池研究始终在性能和安全性之间走钢丝 , 即在不把锂推向极端的情况下 , 尽可能多地挤出能量 。
我们现在也在这样做 。 据预测 , 到2022年 , 全球的电池市场规模将达到250亿美元 。 但消费者认为 , 在一项又一项的调查中 , 电池续航时间是智能手机最受关注的功能 。 随着未来十年能耗更高的5G网络普及 , 问题只会越来越严重 。 而对于那些能够解决问题的人来说 , 他们将会得到巨大的回报 。
Ionic Materials公司只是数十家公司中的一员 , 它们正在进行从根本上重新思考电池问题的史诗竞赛 。 不过 , 这场竞赛被错误的开端、痛苦的诉讼以及失败的初创公司所困扰 。 但在经过十年的缓慢发展之后 , 希望仍在 。 世界各地的初创企业、大学和资金雄厚的国家实验室的科学家们 , 正在使用复杂的工具寻找新材料 。 他们似乎即将大幅提高智能手机电池的能量密度和续航时间 , 并创造更环保、更安全的设备 , 这些设备将在几秒钟内完成充电 , 并足够持续全天使用 。
电池通过分解化学物质来发电 。 自从1799年意大利物理学家亚历山德罗?沃尔塔(Alessandro Volta)发明了电池 , 用来解决关于青蛙的争论以来 , 每块电池都有相同的关键部件:两个金属电极——带负电的阳极和带正电的阴极 , 由被称为电解质的物质隔开 。 当电池连接到电路时 , 阳极中的金属原子会发生化学反应 。 它们失去一个电子 , 变成带正电荷的离子 , 并通过电解质被吸引到正极 。 与此同时 , 电子(也带负电荷)则会流向阴极 。 但是它并没有通过电解质 , 而是通过电路在电池的外部传播 , 为它连接的设备供电 。

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