電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
“電池不含在內”,可曾記得收到新玩具后，包裝盒側面這些字給你澆的冷水？長大以后，我們的高科技“玩具”變得愈加復雜而迷人。但驅動它們的電池工作原理卻沒有改變。
果真如此么？
智能電網（Smartgrids）、混合動力車、可再生能源都是熱門環保技術，但在幕后，化學家和工程師們正致力于削減電池帶來的生態影響。近期羥基氧化鎳、橄欖石型磷酸鋰鐵、納米線等鎳、鋰電池化學技術方面的沖破有望讓明日各種數碼產品放棄歷史悠久但問題多多的堿/二氧化錳AA電池。
羥基氧化鎳(NiOOH或NiOx)電池已經面世數年，類似堿性電池，但采用基于鎳制負極以出現更高的電壓（1.7V，堿性電池為1.5V）。NiOx電池一般用于高功耗使用（比如數碼相機或便攜式游戲產品），據稱可以供應相當于堿性電池兩倍的壽命。但在遙控器等低功耗使用中，NiOx電池壽命與堿性電池相當。
索尼近期首先將該技術的鋰電池變種商業化。該技術由美國研究人員開發，使用橄欖石型磷酸鋰鐵(LiFepO4)作為負極。索尼將新的負極材料與一種據說可以最大限度減小電阻的專利微粒設計技術相結合，實現了3.3V輸出、1800W/kg功率密度的可充電電池設計，擁有長使用壽命，在2000輪充/放電后仍保持80%初始容量。該電池擁有快速充電能力（30分鐘充至99%），并且在使用時維持穩定的放電電壓。
該電池已使用于索尼公司的一些強力工具，并在實際使用中獲得正面反饋。
最早的LiFepO4技術專利由得克薩斯大學的JohnGoodenough及其團隊于1996年取得。LiFepO4作為處理鋰鈷氧化物和鋰錳氧化物等鋰電池結構放電率低、循環壽命短問題的辦法被設計出來。
LiFepO4是一種高穩定性材料，科學家相信它可以被用于無數消費級使用，從手機和游戲產品的可充電電池到電動車等大型使用。（雪佛萊即將上市的Volt采用220芯鋰電池）。
橄欖石結構讓LiFepO4的晶格變形比其它電池結構更小，帶來更好的放電過程。因此該材料的循環壽命極長，LiFepO4也顯示出極佳的存儲壽命。它還可以忍受氧化和酸性環境。
電池安全性方面，LiFepO4的電池結構在300°C至500°C的極高溫度下仍可保持穩定，最高可以承受700°C。在這種極端溫度下，其它鋰電池會裂化甚至爆炸。
LiFepO4的快速充電、長壽命特性分明有助于環境保護。電動車采用LiFepO4電池也會獲得更長的充電后行駛距離，希望推生產品與Volt競爭的汽車廠商可能會感興致。
納米線電池漸具眉目
另一項前途無量的鋰電池技術是納米線電池，以傾覆著硅納米線的不銹鋼正極取代傳統鋰電池的石墨正極。硅能夠存儲的鋰比石墨多十倍，使功率密度大幅提升。電池總質量減輕，新增的表面積準許更快的充/放電率。
電池通過鋼正極表面所傾覆硅線的收縮/擴張輸出電能。充電過程中，硅線吸收充電后的鋰原子，發生擴張；放電過程中，硅線上的鋰離子被吸走，硅線收縮。
傳統、簡單的硅正極研究始于三十多年前。當時的科學家決定放棄硅，因為這種材料在鼓起吸收鋰時容易分裂、受損，致使正極容量太弱，不足以支持進一步研究。
斯坦福大學的研究人員判斷問題源于當時所用硅材料的形狀。
今朝的辦法改用直徑為紙張厚度千分之一的樹形納米線。納米線吸收鋰后體積擴張至正常狀態下的四倍，但硅正極不會斷裂或損傷。
納米線電池研究人員正在尋找一種適當的負極材料，取得與硅網正極相匹配的充/放電能力，從而全面展現該技術在能源存儲密度方面的突出進步。斯坦福大學材料科學與工程助理教授YiCui正領導團隊開拓此項正極技術，他們相信五年后納米線鋰離子可充電電池技術即可實現全面商業化。
以上幾項技術僅僅是開始，隨著深入電池研究的持續，電子產品玩家可以期望電池壽命超過玩具自身壽命這一天的到來。
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