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麻省理工研究的這款新型電池將改變世界

時(shí)間:2023-09-05 21:22來源:36氪 作者:綜合報(bào)道
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編者按：很多新能源技術(shù)都需要電池才能工作，比如電動(dòng)汽車和光伏發(fā)電。然而，目前的電池技術(shù)還無法很好地支持新技術(shù)的發(fā)展和普及。美國(guó)麻省理工學(xué)院近期發(fā)明了一種全新的電池，使用和鋰電池完全不同的材料，它充電更快、續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)、更安全、更環(huán)保、而且價(jià)格也更便宜。未來這種電池大有可為。本文來自編譯，希望對(duì)您有所啟發(fā)。
 
麻省理工學(xué)院的新電池僅由鋁（左）、硫（中）和鹽（右）制成。（圖片來源：Medium）
 
未來是電池驅(qū)動(dòng)的。我們所有的下一代節(jié)能技術(shù)，比如太陽能和電動(dòng)汽車，都需要依靠電池才能發(fā)揮作用。但隨著這些技術(shù)被廣泛推廣，我們發(fā)現(xiàn)目前的電池還不能完全勝任這項(xiàng)工作。
 
鋰離子電池是最常用的電池類型，但它價(jià)格昂貴，充電慢，體積大，降解快，容易著火，而且對(duì)環(huán)境不是最友好的。幸運(yùn)的是，麻省理工學(xué)院近期發(fā)明了一種全新的電池，一下子解決了所有這些問題。那么，這就是未來的電池嗎？還是有什么陷阱？
 
這種電池是全新的，它的每個(gè)部分都使用了與現(xiàn)有材料不同的材料。這種電池的電極是由鋁和純硫制成的，而不是鋰離子電池中復(fù)雜的金屬和石墨電極。這種電池的電解質(zhì)也有所不同，它是由熔融的氯鋁酸鹽制成的，而不是鋰離子電池中含有鋰鹽的有機(jī)溶液。
 
但是這種材料上的變化有什么幫助呢？
 
首先，鋁、硫和氯鋁酸鹽都很豐富，容易獲得，而且更便宜。這不僅意味著這種電池有可能比同等容量的鋰離子電池便宜六倍，而且它對(duì)環(huán)境也更加友好，對(duì)有害采礦過程的依賴更小。所以這對(duì)地球和我們的錢包都有好處。
 
但不要認(rèn)為便宜和環(huán)保意味著它性能不佳。
 
在測(cè)試中，這種電池能夠在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)充滿電。而目前的電池需要在 110 攝氏度的溫度下才能達(dá)到這個(gè)速度，在 25 攝氏度的溫度下，它的充電速度會(huì)慢 25 倍。這是因?yàn)辂}的熔點(diǎn)很低，在 110 度的理想狀態(tài)下才可以非�？斓剡\(yùn)送電荷。但是這種電池是自發(fā)熱的，因?yàn)槌潆姾头烹姇?huì)產(chǎn)生熱量，因此與鋰離子電池不同，它不需要外部加熱來調(diào)節(jié)電池。
 
對(duì)于經(jīng)歷過鋰離子電池爆炸的人來說，這種高溫可能會(huì)引起一些關(guān)注。但與鋰離子電池不同的是，這種新電池中的任何材料都不會(huì)著火，而鋰離子電池在 130 攝氏度的溫度下就會(huì)著火。這使得它在本質(zhì)上更加安全，也意味著快速充放電的過程不會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。
 
這些電池的壽命也有可能非常長(zhǎng)。任何用過 iPhone 的人（包括我自己）都會(huì)告訴你，鋰離子電池壽命不長(zhǎng)。這是因?yàn)椋诔潆娺^程中，金屬會(huì)沉積在電極上并形成枝晶。這種金屬枝晶會(huì)一直生長(zhǎng)，直到它到達(dá)電池的另一端，接觸到另一個(gè)電極，使電池短路。這就是為什么手機(jī)電池只能使用幾年，為什么一些電動(dòng)汽車在使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間后航程會(huì)急劇縮短。但這種新電池中的熔鹽顯著地減緩了這種沉積的發(fā)生，能讓電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。從這個(gè)角度上講，它對(duì)地球和我們的錢包都有好處。
 
如果這些對(duì)你來說還不夠好，這些電池還可能具有難以置信的能量密度。現(xiàn)在鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了它們所能達(dá)到的最高水平（無論是體積還是質(zhì)量），有些電池的能量密度甚至高達(dá) 270 Wh/kg。但計(jì)算表明，鋁硫電池的價(jià)格可能高達(dá) 1392 Wh/kg。這將使它們的能量密度增加5倍。如果特斯拉在 Model 3 中使用這種電池，它的重量將從 480 公斤減少到 96 公斤，從而使汽車更有效率，駕駛體驗(yàn)更好。
 
這種電池看起來很棒。但你可能會(huì)想，就像所有的尖端技術(shù)一樣，它需要數(shù)年，甚至數(shù)十年的時(shí)間才能進(jìn)入市場(chǎng)，并真正發(fā)揮作用，對(duì)吧？
 
不是的。領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)項(xiàng)目的科學(xué)家們已經(jīng)成立了一家名為 Avanti 的公司來開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，并盡快將其推向世界。
 
所以這意味著我們可能很快就能駕駛超級(jí)便宜、耐用、環(huán)保、輕量、超級(jí)安全的電動(dòng)汽車了？遺憾的是，并沒有。
 
似乎這種電池需要保持一定的溫度，來保持鹽的熔融狀態(tài)，否則就無法工作，電池也會(huì)因膨脹和收縮而受損。這個(gè)問題可能有一天會(huì)被解決，但這個(gè)項(xiàng)目還有很長(zhǎng)的路要走。
 
這些電池非常適合快速和恒定的充放電循環(huán)，使其成為太陽能農(nóng)場(chǎng)電池、家用電池或電動(dòng)汽車充電站電池的理想選擇。在這些情景下，電池會(huì)不斷地充電或放電，使得它能夠不斷地自我加熱，并保持在理想的溫度。
 
所以，這些類型的電池并不像那些讓電動(dòng)汽車世界更快、更高效、更實(shí)惠的電池那樣吸引人。但這些電池對(duì)我們向凈零排放的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，因?yàn)樗刮覀兡軌蚶酶吞嫉哪茉�。在未來幾年里，隨著我們逐漸擺脫化石燃料，將需要數(shù)以百萬計(jì)的此類電池。屆時(shí)，廉價(jià)、安全、壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)將產(chǎn)生巨大的影響。誰說得準(zhǔn)呢，也許有一天這項(xiàng)技術(shù)也會(huì)應(yīng)用到電動(dòng)汽車上。無論如何，麻省理工學(xué)院創(chuàng)造了另一項(xiàng)突破性的技術(shù)，它將使世界變得更加美好。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 麻省理工
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