电池技术新突破 电动汽车充电仅几分钟

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【大纪元2011年08月23日讯】(大纪元记者陈俊村编译报导)美国研究人员开发出一种新的电池技术,可用于设计高功率密度的储能设备,其功率密度比一般锂离子电池高100倍,对电动汽车非常有用,可将充电时间从几小时减少到几分钟以内,有助于未来推广环保的电动车。

据PhysOrg.com网站报导,这种新设备被称为“石墨烯表面驱动锂离子交换电池”(graphene surface-enabled lithium ion-exchanging cells),或简称“表面介导电池”(surface-mediated cells,SMCs),虽然目前尚未使用最佳的材料和结构,但它们的性能已经可以超越锂离子电池和超级电容器。

研究人员表示,功率密度越高,能量转移速度越快,充电速度也越快。这种“表面介导电池”的功率密度为每公斤电池100千瓦(100 kW/kgcell),比商业化锂离子电池高100倍,比超级电容器高10倍。

此外,“表面介导电池”可储存的能量密度为每公斤电池160瓦时(Wh/kgcell),比传统超级电容器高30倍,足以媲美商业化锂离子电池。研究人员指出,能量密度越大,相同体积的设备可以储存的能量越多,也可让电动汽车行驶更长的里程。

报导说,就能量储存而言,锂离子电池和超级电容器各有优缺点。虽然锂离子电池的能量密度(120-150瓦时/公斤电池)比超级电容器(5瓦时/公斤电池)大得多,但这种电池的功率密度(1千瓦/公斤电池)远比超级电容器(10千瓦/公斤电池)小得多。许多研究人员试图增加锂离子电池的功率密度,或提高超级电容器的能量密度,但仍面对很大的挑战。

研究人员说,“表面介导电池”的开发,缩小了锂离子电池和超级电容器在性能上的差距,研究人员可以同时提高能量密度和功率密度,不必牺牲一个来换取另一个。

这种电池的性能关键,在于它的阴极和阳极都含有非常大的石墨烯表面。在首次放电周期,阳极的锂金属被离子化,产生比锂离子电池还多的锂离子数量。当电池被使用时,这些锂离子通过液体电解质移动到阴极,进入阴极内很大的石墨烯表面。当电池被充电时,大量的锂离子从阴极迅速移动到阳极。由于阴阳电极的表面积很大,大量锂离子可在电极之间快速穿梭,并产生很高的能量和功率密度。

研究人员指出,虽然目前石墨烯的价格高昂,但随着制造商的产能增加,其生产成本预计在未来1至3年内显着降低,因此,“表面介导电池”走向商业化并不会遭遇大的障碍。

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