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分析锂电池智能充电过程及其发展方向

钜大LARGE  |  点击量:1782次  |  2018年11月28日  

摘要
近年来,科学技术的创新使得电子技术突飞猛进,进而使得各项电子产品也朝着便携式-小型化发展,大部分电器也取代了传统的直供电转向了电池供电系统。

近年来,科学技术的创新使得电子技术突飞猛进,进而使得各项电子产品也朝着便携式-小型化发展,大部分电器也取代了传统的直供电转向了电池供电系统。常用锂电池的充电过程,结合锂电池发展技术,分析了锂电池的发展历史及其现状。

近期,一个新加坡的研究团队开发了新一代锂电池技术,只需2分钟便可充满70%的电量,意味着只需要15分钟时间便可给一辆电动汽车完成充电。此外,该技术还具备长达20年的电池寿命。

浅析锂电池智能充电过程及其发展方向

据报道,新技术并非全新的电池技术,而是在原有技术上,把电池正极通常所使用的石墨材料换为了性价比更高的二氧化钛凝胶。科学家发现,把这种化合物制作成纳米结构可以加快充电速度。通过这项技术,锂电池的充电速度可以提升20倍,使用时间能够延长到20年。

那么这项技术的用途都在哪些领域呢?与我们密切相关的无外乎两个方面,一是手机,二是电动汽车。智能手机现已基本普及,而电量问题依旧困扰大部分使用者,新的锂电池技术一经推广,便能大大节省手机充电时间,提升智能手机用户的满意度。

在电动汽车领域,目前国内主要采用锂电池提供动力。随着国内雾霾天气日益严重,燃油汽车的污染问题成为促进我国电动汽车行业发展的重要动因。而据前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》分析显示,现在制约电动汽车发展的一个关键问题就是充电时间过长。目前为了保证锂电池的使用寿命能够达到2000次左右,必须使用“慢充”模式(充电时间大都在6-8个小时),如此长的等待时间相信对任何一位车主来说都堪称煎熬。

锂电池智能充电过程及其发展分析

而新加坡南洋理工大学副教授陈晓东(ChenXiaodong,音译)表示:“借助我们的纳米技术,电动汽车只需5分钟即可大幅增加续航里程,这可以比拼目前的汽车所耗费的加油时间。”因此,新一代锂电池技术将为动力汽车的推广扫清前进的障碍,促进电动汽车的推广使用。与此同时,随着电动汽车的普及,也必将会反过来带动锂电池的进一步发展。

图表1:2008-2012年中国锂电池产量及同比增速(单位:万只,%)

图表1:2008-2012年中国锂电池产量及同比增速(单位:万只,%)

资料来源:前瞻产业研究院整理

此项新技术若能尽快投入市场,则将有力保障我国近年来的动力汽车推广计划,同时亦将推动智能手机的发展完善,二者将带来巨大的经济效益。笔者认为,国内锂电池企业也应着力从技术层面出发,做大做强本国的锂电池产业,享受技术创新带来的巨大效益。

拓展阅读:锂电池发展现状分析

在智能电子设备成为人们的口袋新宠之后,如何让这个“宠物”活久一点儿成为一个大问题。对于很多人来说,智能手机一天一充电已经不是什么稀奇事了,当然,手机如果有内心,也一定是崩溃的,这可真是一天一个轮回呀,直至“过劳死”呀!如果现在有人告诉你,有种电池能够让你的智能玩伴超长待机一星期,估计大家的反应会出奇一致,买买买全都买!

近日三星宣布将推出一款新型锂电池,能够有效延长电池的续航能力,彻底抛弃以前一天一充电的情况,将续航时长延伸至21个小时。这种电池在密度上比传统电池要高1.5到1.8倍,采用硅质阳极和石墨表面,可以一定程度的增加使用寿命。不过这款电池目前还处在实验阶段,但已经让很多智能产品用户看到了希望。

浅析锂电池智能充电过程及其发展方向

回溯到电池的起源,你就会发现从第一只存储电的粘土瓶到现在的电池块和芯片电池,这中间的历程同样漫长。1932年,考古学家在伊拉克发现了一只用来存储静电的粘土瓶,瓶子有上千年历史,可见人类对电的认识也同样历史悠久。不过综合电池额发展史,我们其实可以看到,促使电池不断发展的最大动力,是其所使用的材质。

电池的材质变化很大。从“伏特电堆”中的盐水,到铜电池中的稀硫酸,再到碳锌电池中的氯化铵、干电池中的糊状电解液、铁镍电池等等,不同的材质所形成的电压不同,而电池所能够存储的电量也是不同的。在不断的尝试和实验中,锂离子电池问世了,并且成为当下智能电子产品的最佳搭档。

锂离子电池发展现状

锂电池跟普通电池的区别在于,锂电池可以循环充电使用。它主要依靠锂离子在正极与负极之间运动来产生电能,现在很多智能电子产品中所用的电池是锂离子电池。不过一般用户都知道,这类智能电子产品的电池都比较娇气,不当的使用会直接损伤电池使用寿命和储电能力,这也解释了为什么很多智能电子产品以前能够用三天,现在只能用半天。

锂离子电池采用碳素材料作为负极,以含锂的化合物为正极,在电池充电的过程中,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极,同时嵌入负极的碳层微孔中,嵌入的锂离子越多,充电的容量越高。三星此次拟推出的新型锂电池,便是从密度上入手,进行研发技术升级。

跟传统的电池相比,锂离子电池已经是开挂一般的存在,不过对用户来说,锂离子电池的续航能力弱、容量偏小都是问题。在锂电池开始遭遇此类尴尬的时候,石墨烯的出现似乎是缓解危机的一大良方。

石墨烯能够拯救锂电池?

石墨烯电池是一种利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。石墨烯具备高导电性、高强度、超轻薄等特性,通过这种材质,锂离子可以在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动,因此石墨烯电池能够将几个小时的充电时间浓缩为几分钟。

基于此,很多人认为石墨烯会是拯救锂电池的法宝。不过石墨烯电池的研发成本较高,目前很难做到产品的普及。现在很多国家都对石墨烯的前景抱有厚望,并纷纷成立石墨烯相关技术研发机构,相信在不久的将来,锂电池开挂还得靠它。

石墨烯锂离子电池结构示意

石墨烯锂离子电池结构示意

去年曾有新闻报出,西班牙一家公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池,其储电量是目前市场最好产品的三倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。这类产品的推出,是电池转型为蓄电池过程中的一个里程碑,如果能够实现量产,电池的发展又将会进入新篇章。

电池的发展史也是研究者们对不同材质的探索史。锂电池的出现促进了智能电子设备的发展,而石墨烯是否会是改变锂电池“短命”现状的救星,从现在的市场期望来看,这种可能性还是很大的。能源是推动社会发展的根本,反映到用户身上,也许就是智能电子产品能否超长待机一星期。

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