从沙子到超声波……13项可能改变世界的创新电池技术

王进        
虽然特斯拉和其他科技公司正在努力开发高容量锂离子电池,但全球各地的科学家和研究人员正在开发各种新型电池,汗液、尿液、沙子、超声波、声音、石墨烯等各种材料,都已经成为科研人员的研究对象。

自人类成功转化并使用电力以来,电池已经成为日常生活和工作中重要的电力来源。从遥控器到智能手机,再到电动汽车,几乎我们目前使用的所有电子设备中都有电池。

虽然特斯拉和其他科技公司正在努力开发高容量锂离子电池,但全球各地的科学家和研究人员正在开发各种新型电池,汗液、尿液、沙子、超声波、声音、石墨烯等各种材料,都已经成为科研人员的研究对象。

但是,这些技术要真正走向商业化,以及在我们能够安全有效地存储和使用这些能源之前,还有很长的路要走。

1.金纳米线电池

美国加州大学欧文分校的研究人员开发出一种新型的电解质凝胶金纳米线。在纳米线上涂上一层非常薄的凝胶,就能够将它们的充电周期提升到几十万次。

在3个月的测试过程中,纳米线进行了20万次循环充电,而电池容量损失不到5%,并且没有明显的腐蚀性。虽然金纳米线电池的成本很高同,但该技术如果应用在镀镍纳米线等其它便宜的材料中,可以大幅降低成本。

2.激光诱导石墨烯的微型超级电容

微型超级电容的传统制造工艺很复杂,成本很高。美国莱斯大学研究人员已经开发出利用计算机控制的激光生产石墨烯的方法,由这种方法生产的石墨烯产品被称作激光诱导石墨烯。

与传统化学蒸镀工艺相比,利用计算机控制的激光可以烧掉聚酰亚胺塑料薄膜上层中除碳之外的其他所有成分,从而大幅降低超级电容的生产成本。

这种微型超级电容具有耐弯曲性出色、不会随时间而退化等特点。据测试,该超级电容充放电12000次后,仍能保持初始状态90%的电容量。

3.超声波无线充电技术uBeam

2017年,美国硅谷初创公司uBeam展示了利用超声波为各种电子设备进行无线快速充电的技术。

随着这种技术的成熟,未来我们的家庭及各种公共设备都可以成为无线充电站。

4.用沙子制成的电池

2014年,美国加州大学河滨分校伯恩斯工程学院的研究人员发明了一种新型的锂离子电池,其效率大大超出了锂离子电池行业的标准,续航时间达到普通锂电池的三倍。

研究人员从沙子中提纯硅,以取代目前锂电池的正极的主要材料石墨,从而实现了低成本、无毒、环保的新型电池。

5.利用汗液发电的柔性生物燃料电池

2017年,美国加州大学圣地亚哥分校的科研人员开发出可拉伸的燃料电池,可以从汗液中提取能量,为电子设备供电。

科研人员使用了光刻技术和丝网印刷技术,制造出三维碳纳米管基的阴极和阳极阵列,从而研发出这种生物燃料电池。燃料电池中的酶可以氧化汗液中的乳酸,并产生电流,从而将汗水变成了一种能量源。

6.摩擦电纳米发电机

2017年,美国克莱姆森大学纳米材料研究所(CNI)的研究人员发明了超简单的摩擦电纳米发电机“U-TENG”。

该发电机是由塑料和胶带简单制成的小型装置,可以通过人体运动和振动产生电力。

7.泡沫电池

美国电池初创公司Prieto Battery推出一款由泡沫铜制成的电池。

该电池由98%的空气组成,泡沫是多孔结构,孔内主要是空气,泡沫增加了表面积,缩短了离子必须移动的距离,从而增加电能和能量密度。

8.液体电池

哈佛大学的John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员研发出了一种新型液体电池,这种电池的电能储存在溶解于中性pH溶液里的有机分子中。

该团队改变了正电解质溶液和负电解质溶液中分子的结构,并将其溶解于水中,设计出了这种“每1000次循环仅损失存储容量百分之一”的液体电池。

这种新型化学电池无毒、无腐蚀性,并且拥有相当长的使用寿命,还能显著降低电池的生产成本。该技术可用于储存来自风能和太阳能等可再生能源的能源,并且维护量极少。

9.可折叠电池

韩国公司Jenax开发出一种可折叠电池,这种新材料锂电池可以经得起10万次折叠,就像纸张一样柔软,能随意折成任何形状。

这种柔性电池可用于可穿戴设备和智能服装中,为柔性电子设备提供能源。

10.透明太阳能电池

2014年,美国密歇根州立大学的材料科学家Richard Lunt的研究团队开发出一种对紫外线、红外线可以产生光电反应的特殊的有机分子,从而推出了透明的太阳能电池板。

阿尔卡特已经与太阳电池厂商Sunpower合作开发透明太阳能电池板,可以用于手机屏幕,从而可以在户外的任何地方进行充电。该技术计划在不久的将来发布。

11.尿液电池

2016年,英国巴斯大学的研究人员开发出一种可以通过尿液发电的微型燃料电池。燃料电池中用于发电的微生物可将尿液中的有机物质转化成电能并存储在电池中。

研究人员重点关注这种燃料电池对环境的影响,认为该种电池可再生、清洁、环保,几乎不会造成任何浪费。

12.声音充电

英国研究人员开发了一种用声音蓄电的电池。这种电池内充置微型纳米发电机,采用一种叫压电效应的机制来将大气中的声音震动转换为能量。

将这种电池应用在智能手机上,可以让手机随时保持充电状态,再也不需要任何充电器和线路。

13.铝空气电池

以色列公司Phinergy正在开发一种铝空气电池,电池中的铝板从空气中吸收氧气,与水发生化学反应,生成氧化铝,并释放能量。该电池在工作时只消耗铝和少量的水,铝可以回收循环使用,不污染环境。

Phinergy展示的100公斤重的铝空气电池在理论上可以为电动汽车储存能行驶3000公里的电量。

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