革命：這三種電池技術可能改變世界

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陳誠誼2015-7-3 00:11

我們總是會很頻繁的在媒體上看到電池技術領域裏的最新研究成果。雖然這些新技術可能暫時還無法實現大規模應用，但在研究人員的不懈努力之下，技術突破和商業應用之間的距離正在逐漸縮小。本文將要介紹的就是三種極具發展前景的電池技術，它們不僅很快會出現在我們的生活當中，並有可能真正改變這個世界。

固態電池

目前被大規模應用鋰離子電池存在一個很大的缺點，那就是可能會毫無徵兆地自燃。為了解决這個問題，研究者開發出了一種新型的固態電池。

固態電池擁有多種類型，但它們的共同之處是放棄鋰離子電池當中可燃性很高的液態電解質，轉而使用了其他材料——通常是金屬混合物——來在電極之間傳導電子和產生電能。

由於内部不含液體，固態電池也就没有必要被加入絕緣層和其他安全措施，因此這種電池的體積和重量比起鋰電池有所降低，同時適應能力更強。對於電動汽車廠商來說，這些都是頗具吸引力的優勢。目前，美國能源部能源高級研究計劃局(ARPA-E)就正在測試兩個不同的固態電池項目，其一是鋰離子固態電池，另一個呱完全不使用鋰。

Sakti3是固態電池領域裏的領導者，這家公司的技術已經十分接近量產的程度。雖然這聽上去令人期待，但由於保密工作十分到位，我們對於Sakti3的固態電池技術仍知之甚少，但它們已經吸引到了來自知名企業的投資，比如通用汽車。QuantumScape也是一家固態電池技術公司，這家企業雖然更加默默無聞，但他們的技術據傳和Sakti3較為類似。

不過對固態電池來說，距離大規模商業應用還有待時日。這種電池技術所面臨的最大挑戰之一並不是化學材料本身，而是在工廠當中以相比傳統電池更低廉的價格實現量產。

鋁空氣電池

除了易燃之外，鋰這種最常見的電池材料還有其他弊端，比開采成採成本昂貴，釋放電子的效率低——這也是鋰電池充放電速度較慢的原因。

那麼有没有一種電池完全不含鋰，還能在幾秒之内完成對手機的充電呢？以色列公司Phinergy就有一種解决方案：鋁空氣電池。這種電池兩個電極的材料分别是鋁板和氧氣——具體來講，是氧氣和水電質。當氧氣鋁板發生反應，電能便會產生。

鋁空氣電池已經存在了很長的一段時間，但外界對它的興趣在最近幾年才闖始增加。從理論上講，這種池的容量可達到鋰電池的40倍，而Phinergy更是聲稱它可將電動汽車的續航里程延長至1000英里。

但是，鋁空氣電池内部產生電能的化學反應也存在一個很大的缺點。在和氧氣發生反應的過程當中，鋁板會持續被分解，並最終會無法再充入電源，只能進行替换。在大規模應用上面，這會是個很大的問題。

對於鋁空氣電池的研究目前並未停止，有幾家公司聲稱他們將會在未來幾年裏將其帶入市場，其中就包括Phinergy。與此同時，日本的富士色素公司最近聲稱他們在該技術的研究上已經取得了重大突破。這家公司表示，他們發現了一種使用絕緣材料保護鋁板的方式，使其可以持續被充電。

即便鋁空氣電池最終失敗，許多研究者都認為鋁會成為未來的電池材料。最近，斯坦福的一支研究團隊就對外介绍了一種將鋁和石墨烯作為電極材料的電池。這種電池（用在智慧手機當中）不僅可在1分鐘的時間内完成充電，且由於使用了一種安全系數很高的液態解質，它即便鑽出一個洞也不會爆炸，並可繼續工作。

微電池

體積是傳統電池的大問題。雖然電子設備的其他零部件都正在越變越小，但電池依然还十分笨重。除了手機和筆記型電腦這設備之外，體積問題同樣困擾著醫療植入物，因需要電源供應的同時，它們的體積必須足够小，才能被植入人體。

目前，3D微電池是一個非常熱門的研究方向。這種所謂的3D和2D有什麼區别呢？你可以把2D電池看作是一塊蛋糕：它們有二個電極，中間由電解質分隔。這種電池可以做到超級纖薄，但電源的輸出也會因此變得非常低。

對比之下，3D電池更像是蛋糕卷。想要增加電極的表面區域，你可以在微觀層將它們環環相扣。增大了表面積之後，電子也就可以更加輕鬆地從一個電極移動至另一個——這樣做可以增加電池的功率密度，或是提高充放電的速率。

科學家們目前正在探索生產這種微型電池的不同方式。在2013年，哈佛大學的一支研究團隊就使用3D打印机和鋰“墨水”達到了將奈米大小陰極和陽極環環相扣所需的超高精度。

而在最近，伊利諾伊大學的研究團隊又展示了他們是如何使用一種名為全息光刻技術來制作3D電池的。這種技術會利用超高精度的光束從光刻膠當中制作出電極的3D结構。相比3D打印，全息光刻技術的成熟度更高，因此可能更加適合量產。

但和所有电池一樣，3D電池技術在功率密度、產生電能的速率、電能密度和總體容量之間產生權衡。想要在這些方面都達到很高的水平並不是件易事，而這正是伊利諾伊大學的研發團隊所要做的。如果成功實現商業化，那這種的池技術將會產生巨大的影響力。

以上文章來自http://news.mydrivers.com/1/436/436334.htm

進幾年來智慧型手機以及行動裝置，不斷的普及，但惟一的缺點就是電源的供應會中斷。這樣一來這個裝置也就無用武之處了。因此如何延續電池的使用時間將是科學界的一大課題。雖然研究成果不斷發表，但距離商業化生產却是一條漫漫長路。科學家們加油。