蟹壳造电池
可生物降解可千次循环
对可再生能源和电动汽车需求的不断增加。引发了对储能电池的高需求。但支撑这些可持续性解决方案背后的电池并不总是可持续的。近日。美国科学家用一种意想不到材料——蟹壳制造了一种锌电池。其中含有一种可生物降解的电解质。马里兰大学材料创新中心主任胡良兵表示。大量电池的生产和消耗增加了环境负担。例如。广泛用于锂离子电池的聚丙烯和聚碳酸酯隔膜需要数百或数千年才能降解。
电池通过电解质使离子在带正电和带负电的端子之间来回穿梭。电解质可以是液体。糊状物或凝胶。许多电池使用易燃或腐蚀性化学品。而新开发的电池使用一种称为壳聚糖的生物材料来制成凝胶电解质。可储存来自大规模风能和太阳能的电力。
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胡良兵指出。壳聚糖是几丁质的衍生产品。甲壳素有很多来源。包括真菌的细胞壁。甲壳类动物的外骨骼和鱿鱼圈。壳聚糖最丰富的来源是甲壳类动物的外骨骼。包括螃蟹。虾和龙虾。它们很容易从海鲜废料中获得。而可生物降解的电解质意味着大约2/3的电池可被微生物分解。壳聚糖电解质可在5个月内完全分解。新电池降解后仅留下了锌金属成分。而不是铅或锂。地壳中的锌比锂更丰富。成熟的锌电池更便宜。更安全。这种壳聚糖锌电池在1000次电池循环后的能源效率为99.7%。使其成为存储风能和太阳能转化能源以传输到电网的可行选择。
空气电池
“终极蓄电池”？
近年来。被称为“终极蓄电池”的“空气电池”研发在美国。欧洲。日本等地获得多项技术突破。有望成为能源行业下一代解决方案。
当前。锂离子电池以其成熟的供应链体系占据储能市场绝对份额。但由于其高昂的价格以及对稀有金属的大量开采。消耗。促使人们去探索其他技术路线。近年来。被称为“终极蓄电池”的“空气电池”研发在美国。欧洲。日本等地获得多项技术突破。有望成为能源行业下一代解决方案。
诞生于1878年的金属空气电池。正极使用吸收空气中氧的材料。负极使用锌。铁。铝等金属材料。放电时。金属离子从负极向正极移动。与从空气中吸入的氧发生反应而产生电。而在充电过程中。金属离子与氧分离从正极移动到负极。廉价且地球储量丰富的金属材料令“空气电池”较锂离子电池具备显著优势。根据类型的不同。金属空气电池的制造成本或可降低至后者的1/10以下。而且。金属空气电池的能量密度理论上比锂离子电池高6倍以上。美国麻省理工学院最新研究报告认为。极低的材料成本。高能量密度。电池设计相对简单以及安全性良好。让“空气电池”前景光明。
锌空气电池商业化
麻省理工学院的报告认为。锌空气电池是目前发展最成熟的“空气电池”。其最早于1932年第一次用在助听器上。近年来。多国企业和科研团队陆续在催化剂。充放电技术等方面取得进步。在美国各州推出的各项促进清洁能源发展政策的推动下。锌空气电池商业化进程进一步加快。尤其是长时储能应用。7月上旬。加拿大初创企业锌8能源解决方案公司宣布其独立研发的锌空气电池将实现商业化第一步。该企业考虑在纽约市新建一个1.5兆瓦时的储能设施。结合其独立研发的锌空气电池和现有太阳能发电。为当地公寓楼供电。
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据悉。该项目预计于今年秋季启动。将成为锌8能源解决方案公司第一个主要生产设施。目标安装成本约为45美元/千瓦时。不到锂离子电池200美元/千瓦时的1/4。早在2021年1月。美国企业Eos Energy Storage宣布与另一家美国企业EnerSmart签署2000万美元订单。将在加利福尼亚州安装10个锌电池储电设备。每个项目3兆瓦。能为2000户家庭供能。2020年底。该公司还宣布在得克萨斯州和加利福尼亚州启动另一项锌空气电池储能项目。储能规模为1兆瓦时。投资额超2.5亿美元。
而除了企业在锌空气电池商业化方面的努力。科研人员正不断改进锌空气电池的性能。印度马德拉斯理工学院研究人员正在开发可机械充电的锌空气电池。来替代电动汽车中使用的锂离子电池。《科学》杂志刊登德国明斯特大学。中国复旦大学。武汉科技大学。美国马里兰大学和美国陆军研究实验室等多团队的合作成果表明。一种由防水离子组成的新电解质可提高电池效率。对传统锌电池来说。强碱性电解液带来的高腐蚀性经常会损坏电池。而让防水离子粘附在空气阴极上能克服这个问题。提高使用效率。据介绍。该锌空气电池可以稳定运行1600个小时。
空气电池
又一个能源新方向
在各国企业和科研机构合作下。锂。铝甚至氢等其他类型“空气电池”研发也在如火如荼地展开。值得一提的是。因能量密度潜力大。锂空气电池被认为是改进当今储能技术的众多途径之一。麻省理工学院报告认为。锂空气电池的比能量（氧化金属时可以储存的能量）约为锂离子电池的50倍。今年初。日本国立材料科学研究所和软银集团合作开发了一种能量密度更高的锂空气电池。室温下运行时。这种电池的能量密度为500瓦时/千克。约为目前锂离子电池的两倍。英国利物浦大学通过改进电解质。进而减少电池内的副反应来提高电池循环次数。围绕着锂空气电池的使用效率。中国与韩国的科研人员正在展开激烈的竞争。
锂离子电池比能量面临300瓦时/千克的瓶颈。占整体重量将近一半的正极是制约能量密度的主要因素。中国汽车电池研究所改善了锂空气电池的电极结构。使电池容量达到了769瓦时/千克。将来“有可能用于航空航天产业和电动汽车”。
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而韩国的三星电子集团和蔚山科学技术院为了减少电池中氧气通过区域的老化。用有机材料代替了陶瓷。将充放电的次数从不到10次增加到了100次。另一种丰富的金属铝也被用于开发“空气电池”。而且由于重量轻。能量密度高。铝空气电池预计可显著增加电动汽车的续航里程。
7月。印度铝工业有限公司。以色列领先的金属空气电池技术先驱Phinergy公司和IOP公司签署了一份谅解备忘录。宣布这3家公司在印度达成独家合作。以研发和试产用于铝空气电池的铝板以及铝回收业务。不过。部分行业专家指出。与锌空气电池不同。铝空气电池暂时无法充电。而且铝生产的碳足迹也高于其他类型的金属空气电池。
日本FDK公司成功实现了氢空气电池充放电。主要是利用混合动力车等使用的镍氢电池结构。将使用镍的正极换成氧气。加入主要成分为钌的微粒子作为催化剂。如果增加所连接的电池数量。从理论上讲就会超过锂电池的容量。即使进行500次充放电。性能下降率也不到10%。如果是用于储存可再生能源电力。预计可使用10年左右。而且。由于电解液有机溶剂不具备可燃性。该电池的安全系数较高。据了解。该公司正在进行氢空气电池实证试验。目标是2023年向电力公司等提供样品。另外。公司还在研发将含有价格较高的钌的正极催化剂用量减半等技术。不过就目前而言。“空气电池”商业化仍处于早期阶段。行业下半场发展期待出现新的技术突破。
电池市场扩大
你的安全生产线准备好了吗
随着各种新型电池的开发成功。以及更多西南锂矿石的开采。可以预见未来电池行业又将迎来一次巨大的产业升级以及巨大市场。其中作为锂电池生产商的同志们。你的生产线准备好了吗？特别是最终要的环节：安全生产~无论是手机电池。还是其他电子设备用到的电池：除了寿命。续航以及充电速度等因素。最重要的。还是要更加安全。才能保障使用者的安全。而这个因素在生产电池的时候就已经开始产生作用了：
比如针对电池的完全烘烤：
真空隧道干燥系统
真空隧道干燥系统一般用于圆柱锂离子电池的批量烘烤生产。全自动运行。采用国际先进的真空隧道烘烤工艺。保证电池烘烤的一致性。兼顾清洁生产与设备易检点维护；以及能够完全继承整套生产设备的手套箱：
锂电池手套箱是一个全密闭的腔体。把腔体内外的环境完全隔绝开。腔体的一面安装有视窗 和手套。操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前。对整个箱体抽真空。把箱体内空气完全抽掉。降低水氧含量至0.1ppm以下。然后填充惰性气体气体进行生产。
而随着新型锂电池的量产成功。产业升级一定会是未来趋势~但无论是手机电池还是电动车电池；安全使用。正确使用都是很重要的。不仅能延长使用寿命。还可以保证自己的安全~最终就能生产出优质的锂电池产品。
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