來(lái)自南洋理工大學(xué)(NTU Singapore)的科學(xué)家開發(fā)出一種新電池，只需2分鐘即可充電至70%。電池壽命也將超過(guò)20年。
這項(xiàng)突破預(yù)計(jì)將成為電池技術(shù)的下一個(gè)重大事件，它對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生了廣泛的影響，特別是對(duì)于電動(dòng)汽車而言，這些電動(dòng)汽車目前受到超過(guò)4小時(shí)的長(zhǎng)充電時(shí)間和電池壽命有限的限制。
這種下一代鋰離子電池將使電動(dòng)汽車的充電速度比現(xiàn)有技術(shù)快20倍。有了它，電動(dòng)汽車也將能夠取消頻繁的電池更換。新電池將能夠承受超過(guò)10,000次充電循環(huán) - 比目前的500個(gè)電池周期多20倍。
NTU新加坡的科學(xué)家用一種由二氧化鈦制成的新型凝膠材料取代了用于鋰離子電池陽(yáng)極(負(fù)極)的傳統(tǒng)石墨，二氧化鈦是土壤中豐富，廉價(jià)和安全的材料。它通常用作食品添加劑或防曬乳液以吸收有害的紫外線。
NTU新加坡天然地以球形形狀發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的方法，可以將二氧化鈦顆粒轉(zhuǎn)變成比人類頭發(fā)直徑薄一千倍的微小納米管。
這種納米結(jié)構(gòu)有助于加速新電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)超快速充電。
由新加坡NTU材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳曉東副教授發(fā)明，新型二氧化鈦凝膠形成背后的科學(xué)發(fā)表在最新一期的材料科學(xué)期刊Advanced Materials上。
南大的教授拉希德·亞扎米(Rachid Yazami)是34年前用于大多數(shù)鋰離子電池的鋰 - 石墨陽(yáng)極的共同發(fā)明者，他表示陳教授的發(fā)明是電池技術(shù)的下一個(gè)重大飛躍。
“自1991年索尼將其商業(yè)化以來(lái)，鋰離子電池的成本顯著降低，性能也有所提高，但市場(chǎng)正朝著電動(dòng)移動(dòng)和儲(chǔ)能的新應(yīng)用方向快速擴(kuò)展，”Yazami教授說(shuō)。
“仍然有改進(jìn)的空間，其中一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是功率密度 - 在一定的空間內(nèi)可以存儲(chǔ)多少功率 - 這與快速充電能力直接相關(guān)。理想情況下，電池的充電時(shí)間汽車應(yīng)該不到15分鐘，陳教授的納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極已被證實(shí)可以做到。“
Yazami教授是陳教授在NTU新加坡的同事，他不參與這個(gè)研究項(xiàng)目，目前正在南大的能源研究所(ERI @ N)開發(fā)新型電動(dòng)車應(yīng)用電池。
技術(shù)商業(yè)化
展望未來(lái)，陳教授的研究團(tuán)隊(duì)將申請(qǐng)概念驗(yàn)證資助，以建立一個(gè)大型電池原型。該專利技術(shù)已引起業(yè)界的興趣。
該技術(shù)目前正在授權(quán)給一家公司，陳教授預(yù)計(jì)新一代快速充電電池將在兩年后上市。它在克服與電動(dòng)汽車相關(guān)的長(zhǎng)期電力問(wèn)題方面具有很大的潛力。
“憑借我們的納米技術(shù)，電動(dòng)汽車只需五分鐘的充電即可大幅提升其續(xù)航里程，這與現(xiàn)有汽車的汽油加油時(shí)間相當(dāng)，”陳教授補(bǔ)充說(shuō)。
“同樣重要的是，我們現(xiàn)在可以大幅減少?gòu)U棄電池產(chǎn)生的廢物，因?yàn)槲覀兊碾姵貕勖饶壳暗匿囯x子電池長(zhǎng)十倍。”
新電池的長(zhǎng)壽命也意味著駕駛員可以節(jié)省更換電池的成本，每個(gè)電池的成本可能超過(guò)5,000美元。
易于制造
根據(jù)領(lǐng)先的增長(zhǎng)咨詢公司Frost&Sullivan的說(shuō)法，2016年全球可充電鋰離子電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)價(jià)值234億美元。
鋰離子電池通常使用添加劑將電極結(jié)合到陽(yáng)極，這影響電子和離子可以進(jìn)出電池的速度。
然而，陳教授的新型交聯(lián)二氧化鈦納米管基電極消除了對(duì)這些添加劑的需求，可以將更多的能量輸送到相同的空間。
“制造這種新型納米管凝膠非常容易，”陳教授補(bǔ)充道。“將二氧化鈦和氫氧化鈉混合在一起并在一定溫度下攪拌。電池制造商會(huì)發(fā)現(xiàn)很容易將我們的新凝膠整合到他們目前的生產(chǎn)過(guò)程中。”
這個(gè)電池研究項(xiàng)目由四位NTU新加坡科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)完成了三年，由新加坡國(guó)家研究基金會(huì)資助。
去年，Yazami教授因其在與其他三位科學(xué)家開發(fā)鋰離子電池方面的突破性工作而被國(guó)家工程院授予Draper獎(jiǎng)。