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最新電池技術有哪些?

電池技術的發展已經有三百多年,發展到今天,電池技術有早期的鉛酸蓄電池到目前的鋰電池技術、固態電池技術、核電池技術、膠體蓄電池技術、燃料電池技術等等。但目前比較成熟的電池技術主要是鋰電池技術、鉛酸電池技術和膠體電池技術。

電池技術

1、蓄電池技術

蓄電池技術是最早被發明的,目前主要有鉛酸蓄電池和膠體蓄電池兩種,都屬于比較笨重類的電池,目前市場上的電動自行車使用的電池大多數是鉛酸蓄電池。

鉛蓄電池基礎研究(包括正極、負極、板柵)

其它研究熱點(比如起停和微混、輕型自行車等)

用于正極活性物質的納米二氧化鉛的電化學性能正極活性物質(PbO2)的微觀結構及形貌對鉛蓄電池的電化學性能有很大的影響。納米二氧化鉛有微球結構。

制備:方法很簡單,即用十六烷基三甲基溴化銨作為結構導向劑。測試:測試鉛蓄電池的薄正電極是將納米二氧化鉛微球涂在鉛合金片上制成的。進行測試的電極的放電容量為101.8毫安克1(即活性物質利用率為45%),并顯示出良好的循環壽命。

結論:特殊形式的二氧化鉛形態對于放電性能的提升起到了至關重要的作用。

鉛酸蓄電池負極板炭添加劑

炭添加劑對于減少負極板的硫酸鹽化作用和提高循環性能以及充放電接受能力有顯著的改善,無論是閥控密封式電池還是富液電池。

然而,其它的性質如高倍率充放電和水損失會因為炭添加劑的不同量的添加而性能降低。實驗證明高倍率充放電性能降低和水損失是由于部分木素磺化鹽吸附在活性炭表面。這將會限制負極活性物質的鉛表面木素磺化鹽的利用率。鉛表面木素磺化鹽的存在對于硫酸鉛多孔層的形成起決定作用。當負極板的木素磺化鹽的濃度被適當地調節,高速率放電性能和水的損失都可以恢復到可接受的水平。

鉛酸蓄電池負極板的四堿式硫酸鉛晶種

眾所周知,調整活性物質的孔徑和晶體大小可以改善正極板的性能。

這一原理也被應用到負極板來嘗試調節孔徑。

PENOX公司已經開發復合膨脹劑,混合TBLS+(專有的四元的硫酸鉛種子),能夠修飾孔徑,提高充電接受值,并且冷啟動電流沒有任何損失。

復合板柵技術現有成果:高級電池板柵沖孔技術

一種新的制造工藝工業試驗線已在OTA表面技術和設備制造中心(柏林)建立及實施。

已生產各種客戶指定的合金條進行電池生產及測試。

測試電池循環的研究已經由電池制造商在全球范圍內完成。

結果表明,增加的能量和功率密度,以及更長的電池壽命,均能夠實現。

制造成本:復合板柵的制造成本與傳統合金板柵差不多。

復合板柵技術能提高電池性能

一種新的生產鉛蓄電池板柵的技術——包括多層復合材料。這種產品依據于連續電沉積的原理,在一條生產制造線上面連續進行指定金屬層的電沉積。

此種技術的優點:相比傳統的板柵合金,復合板柵材料每一個單獨的層都可以目的性的選擇,從而獲得性能優異的板柵。如:增加強度的硬化層,中間的銅層可以有更好的導電性,由純鉛和錫層提高耐腐蝕性能。

廣泛的電池實驗測試表明其有強大的操作參數、嚴格選定材料的特性以及可以顯著改善板柵的性能。

株治稀土合金中的錫、鈣、鋁等成分與天能鉛鈣合金相同,大批量生產電動汽車用電池和電動自行車用電池,100%深放電測試表明,株冶稀土合金所制造的電池循環壽命比天能鉛鈣合金的電池循環壽命平均要多80次以上。

(2)膠體蓄電池技術

膠體電池原材料是由鹵硅烷在氫氧焰中高溫水解縮聚而制得的一種白色、無定形、無毒和無污染的無機納米粉體材料,具有粒徑小、比表面積大、表面活性高以及高純度等特性。納米硅纖維在膠體蓄電池中主要是利用其優異的增稠觸變性能。其增稠觸變機理是由于納米硅纖維表面具有許多硅羥基(Si-OH),硅羥基與二氧化硅中的氧以氫鍵結合變成三維結構聚集體使介質粘度增加,有外力(剪切力、電場力等)時,三維結構就被破壞,介質變稀,外力一旦消失,三維結構會慢慢恢復,即這種觸變性是可逆的。圖1為納米硅纖維增稠觸變示意圖。當電池被充電時,由于電解質中的硫酸濃度增加使之“增稠”并伴有裂隙產生,充電后期的“電解水”反應使正極產生的氧氣通過這無數的裂隙被負極所吸收,并進一步還原成水從而實現蓄電池密封循環反應。放電時電解質中的硫酸濃度降低使之“變稀”,又但是由于納米硅纖維表面硅羥基極其活躍,粒子表面羥基相互間在電池充放電過程中容易脫水,內部結構網絡特別不穩定,在電池充放電循環中這些粒子聚集成團干裂,不能形成平衡穩定可逆的羥鍵網絡,因此需要添加一些特殊的固體穩定劑等添加劑。

膠體電解液的主要成份為一種粒徑近乎于納來級的功能化合物,流變性較好,容易實施對鉛蓄電池的配液灌裝。膠體電解液進入蓄電池內部或充電若干小肘后,會逐漸發生膠凝,使液態電解質轉態為膠狀物,膠體中添加有多種表面活性劑,有助于灌裝蓄電池前抗膠凝,而且有助于灌裝蓄電池后防止極板硫酸鹽化,減小對板柵的腐蝕,提高極板活性物質的反應利用率。

2、鋰電池技術

(1)聚合物鋰電池技術

真聚合物

聚合物鋰離子電池LIP:凝膠態聚合物鋰離子電池、多孔態聚合物鋰離子電池、干態聚合物鋰離子電池;

假聚合物

聚合物鋰離子電池之液態軟包裝ALB;

正極材料

鋰正極材料:主要有LiCoO2、LiNiO2和LilMnO22)聚合物正極材料:主要是雜環聚合物如聚礎咯(Ppy)、聚噻吩(PTh)及其衍生物

負極材料

碳材料:要為天然石墨、焦碳和碳纖維等(2)基于氧化錫的負極材料:利用SnO、SiO2和少量的A1203、B203、P203等的混合物在氬氣氛圍下逐漸升溫到1000℃或略高溫度下加熱12h,可制得含二價錫的混合氧化物。

電解質

最近的20年,離子傳導性較高的高分子材料倍受關注。1973年,Wright等首次發現了聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽配位具有離子導電性。1978年,Armand 提出PEO/堿金屬鹽配合物作為帶有堿金屬電極的新型可充電電池的離子導體,這一建議使得高分子固體電解質成為高分子研究領域20年來非常重要的方向。

聚合物電解質及隔膜研究進展:

高導電性與高強度聚合物電解質膜的研究;

納米無機填料的應用研究,如納米SiO2和TiO2等;

改性聚合物骨架的研究,以提高膜的室溫電導率;

各種新型添加劑的研究,提高應用范圍。

阻燃型聚合物電解質膜的開發

多元電解質鹽復合應用的研究。

其它材料研究進展

各種添加劑研究,如電解液的成膜添加劑,改善安全性添加劑;改善電極導電性能的超級碳黑添加劑;改善膜結構與機械強度的填料等。

超級導電氣相碳纖維材料的研究;

集流體的研究,如薄型化與網格分布優化等。

聚合物多孔隔膜的研究在國內正在起步

電解液與電極相容性的研究也是一個研究熱點

3、核電池技術

直接轉換核電池

直接轉換核電池是基于輻射伏特效應,接觸電衰變能轉換為電能。

直接轉換核電池分為P-N結核電池、接觸電勢差核電池、二次電子發射核電池和y核電池。

間接轉換核電池

間接轉換核電池是用兩級換能方式將放射性同位素的衰變能轉換為電能的一種電源裝置。在這種電池中,首先粒子或粒子與輻射發光材料(磷光體)相互作用將其動能轉換為光能,然后光能通過光伏換能器轉換為電能。

4、燃料電池技術

燃料電池,是一種主要通過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應,把燃料中的化學能轉化成電能的電池。豐田燃料電池車上市腳步漸近,把燃料電池技術的應用再次帶進人們的視野。

燃料電池有多種類型,但是它們都有相同的工作模式。它們主要由三個相鄰區段組成:陽極、電解質和陰極。兩個化學反應發生在三個不同區段的接口之間。兩種反應的凈結果是燃料的消耗、水或二氧化碳的產生,和電流的產生,可以直接用于電力設備。

燃料電池按燃料類型可分為直接型、間接型和再生型;按電解質種類又可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸鹽型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SOFC)和質子交換膜燃料電池(PEMFC)。

5、固態電池技術

固態電池技術主要是鋰電池發展的一個技術方向。全固態鋰電池,主要由薄膜負極,薄膜正極和固態電解質組成。薄膜物質可以有多種選擇材質。

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