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韓國科學家開發新型鋰電池充電速度最高提升120倍

韓國蔚山國家科學技術學院近日開發出一種快速充電碳化鋰離子電池，比普通鋰電池的充電速度快30～120倍。該研究團隊相信，他們可以用新型鋰電池為電動汽車制造一個電池組，未來給汽車充滿電僅僅需要一分鐘。這項研究成果發表在國際性期刊《應用化學》周刊上。

充電電池的一個主要問題是電池越大，充電時間越長。通過將大電池分成數個很小的電池，或許就可以解決這個問題。韓國科學家采用了一種納米微粒制作電池。傳統的電池是用粉末狀的納米粒子材料來形成能夠儲存和釋放能量的緊密多層的結構。新型電池也使用同樣的納米粒子材料，但這種材料首先在含有石墨的溶液中分解，之后碳化形成覆蓋電池電極的緊密導體網絡。

具體來說，韓國科學家使用陰極材料——標準的鋰錳氧化物(LMO)，把它浸泡在一種含有石墨的溶液中。然后，將經石墨浸泡的鋰錳氧化物進行碳化處理，石墨就會變成一個穿越陰極的導電網。這個新陰極接著被電解質和石墨陽極包起來。整個碳化石墨網絡就像血管一樣運作，允許電池的每個部分同時充電，結果就是，新電池中所有能夠蓄積能量的粒子都能在同一時間補充電量。而傳統電池中同樣的粒子則是按照從最外層到最里層的順序依次充電，這樣，新電池充電所需時間只占到了現有電池充電所需時間的1/30～1/120。電池的能量密度和循環壽命等因素似乎都沒有變化。

無論從哪點來看，這都是一種標準的鋰電池，這種技術可以應用在各種采用鋰離子電池的設備中?！斑@項研究的不同凡響之處在于，它克服了現有鋰電池的局限性，”蔚山國家科學技術學院的教授邱宰非(音譯)說，“我們將進一步開發出能在一分鐘內完成充電的電動車新型充電電池?！?/p>

美國科學家發現硅海綿可替代鋰離子電池中的石墨組件

據物理學家組織網近日報道，美國萊斯大學的科學家研究出一種方法，用硅海綿替代石墨作為鋰離子蓄電池內的元件，研制出持續時間更長且性能更強的電池，用于商用電子設備和電動汽車上。

硅是地球上最常見的元素之一，能替代石墨作為電池內的陽極。此前該研究團隊就發現，多孔硅吸收鋰的能力是石墨的10倍。這是因為硅吸收鋰離子后會延展，像海綿一樣的構造賦予硅在電池內部生長的余地，同時也不會對電池的性能造成損害。2010年，該團隊發現當硅海綿擁有1微米寬、12微米深的小孔時，能在電池領域大展拳腳，但當時的固體硅基座無法吸收鋰，仍然有待改進。

在最新研究中科學家發現，用來制造這些小孔的電化學蝕刻過程能將硅海綿同基座分開，基座接著可以被重新使用，制造出更多硅海綿。研究人員稱，從一個標準的250微米厚的硅晶圓上，至少可以提取出4塊這樣的硅海綿。而硅海綿從硅晶圓上提取出來后，上、下都是打開著的，通過將其浸入導電的聚合物黏結劑聚丙烯腈內，就可大大增強其導電性。

科學家由此得到了一塊堅硬的薄膜，它能依附到一個集電器上并放置于電池結構內，最終制造出了一款鋰離子電池，其放電能力高達1260毫安時/克，這使其使用壽命更長。

研究人員在比較中發現，未使用薄膜的電池，其初始放電比容量是757毫安時/克，但第二次充放電循環之后，放電容量就開始迅速下降，在經過15次循環后消失殆盡；而經過處理的薄膜在4次循環后即開始增加放電容量，多孔硅表現得特別明顯，經過20次循環后，電池的放電容量仍然完好無損。

目前，科學家正在研究能大大增加充放電循環次數的技術，希望能研發出可持續使用幾年的電池。

日本欲整合資源量產鋰電池材料

日本吳羽、可樂麗和伊藤忠商事將聯合政府系基金“產業革新機構”，量產能使電動汽車等環保車充電時間減半的鋰電池尖端材料。計劃在日本、中國和北美啟動新工廠建設，今后還將呼吁日本相關材料廠商廣泛加盟。

日企在環保車和相關材料領域處于領先地位，但中韓企業緊追其后。日本希望通過民間企業與政府系基金聯手將尖端技術集中起來確保其主導地位。此次聯合建立的新公司量產的是電動汽車和混合動力車用鋰電池的主要負極材料。計劃出資200億日元建設新工廠，其中“產業革新機構”將出資100億日元，成為出資50%的最大股東。

吳羽等公司已開發出將植物材料加工成碳用作負極材料的技術，除了可以將插電式混合動力車等環保車的充電時間縮短一半以外，電池耐用性也可以提高3成。

聯合公司將從2014年開始在日本國內進行量產，之后在中國和北美等地建廠生產。預計使用新技術生產的電池將裝配在日產和本田的電動車及混合動力車上。

聯合公司除了生產新型負極材料外，還將廣泛呼吁在鋰電池其它主要材料方面擁有全球較高市場份額的日本材料廠商加盟，基本構想是在2017年之前實現各日企匯總技術共同開發基礎部件，目前已與部分廠商展開協商。

膠體量子點太陽電池轉換效率創造新紀錄

加拿大多倫多大學和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的科研人員稱，借助在膠體量子點薄膜領域獲得的突破，他們利用低價材料制成了迄今為止效率最高的膠體量子點太陽電池，轉換效率可達7%。這比此前同類電池的轉換效率提升了37%，創造了新的世界紀錄。相關研究報告發表在近期出版的《自然·納米技術》雜志上。

量子點是納米尺度的半導體，基于包括可見光和不可見光在內的全光譜收獲電能。與目前緩慢而高昂的半導體生產技術不同，膠體量子點薄膜的制造速度很快，成本也低。這為制造基于靈活、柔性基座的太陽電池鋪平了道路，與報紙的大量印刷具有異曲同工之妙。此前，膠體量子點太陽電池的性能一直被薄膜內納米粒子較大的內表面面積所制約，而科學家此次通過將有機化學和無機化學相結合，完全覆蓋了所有暴露的表面，從而實現了新的突破。

為了提升效率，研究人員需要一種方式來減少電子陷阱的數量，同時確保薄膜十分密實以盡可能多地吸收光線，即所謂的“混合鈍化處理”解決方案。此次研究的主導者、多倫多大學電子工程系教授泰德·薩金特表示，通過在合成量子點后立即引入小個氯原子，能夠修補以前無法觸及的角落和裂縫，使其不再形成電子陷阱。然后科學家會利用短的有機鏈來約束薄膜中的量子點，使其更為緊湊。阿卜杜拉國王科技大學的研究也證明，“混合鈍化處理”方式能夠制造出內部緊湊堆積納米粒子的最密集的薄膜，這有助于制造出更經濟、更高效耐用的太陽電池。

瑞士聯合歐洲13國進行光伏薄膜電池技術攻關

最近，瑞士國家材料科學與技術實驗室(EMPA)聯合歐洲13國向歐盟遞交了先進太陽能薄膜電池以及光伏發電裝置的申請。該項目申請歐盟投資1000萬歐元，旨在開發出價格更便宜、效率更高的太陽電池材料和薄膜生產技術，以降低光伏發電裝置的成本，提高歐洲在光伏發電領域的競爭力。

EMPA已通過研究證實，薄膜太陽電池與傳統的硅太陽電池相比，更有效利用材料和降低光伏發電設備生產成本的可能性更大，比如用硫族材料中的銅銦鎵硒制成吸光薄膜，其厚度僅為硅太陽電池的1/100。然而目前的生產方式通常是基于真空沉淀過程，很難形成大面積，而且需要昂貴的生產設備。為了解決這個問題，該研究項目將研發用電子法替代真空法沉淀納米結構材料的薄膜技術，并使新技術具有應用性和推廣性。

該項目將于2015年年中完成。EMPA此項目研究負責人Ayodhya Tiwari介紹，該關鍵技術的突破，不僅可提高光伏薄膜電池及光伏發電設備效率、減少生產費用，而且可以廣泛運用在其它領域，比如用來制造智能窗和電池等。

零售商開始銷售Horizon便攜式微型燃料電池產品

新加坡Horizon Fuel Cell Technologies日前宣布，該公司的突破性微型燃料電池產品開始店內銷售，包括Horizon MINIPAK微型燃料電池充電器、HYDROSTIK儲氫罐和HYDROFILL個人加氫機，這對該公司和整個產業的發展來說都是一個重大的里程碑。

Horizon的產品自兩年前在國際消費電子展(CES)上亮相以來，已經在設計上取得了很大的改觀，成本也大幅降低，并且還獲得了CE認證。開始銷售Horizon便攜式微型燃料電池產品的主要零售商包括北美最大的戶外休閑用品零售連鎖企業REI。很多銷售店面都準備在美洲、歐洲和亞洲出售Horizon的產品。

零售價99美元的MINIPAK是世界上成本最低的燃料電池電源產品，也是唯一使用可充裝金屬氫化物燃料罐的產品。它采用了無毒燃料或材料，經國際航空運輸協會核準可用于客艙。該產品為出門在外的專業人士提供實用的便攜式能源，在進行徒步旅行、露營或經過偏遠地區等沒有電力供應的情況下，這款產品能提供更持久的電力。與周圍空氣中的氧發生反應后，MINIPAK燃料電池將儲氫罐(HYDROSTIK)中的氫轉換成電和微量的水，所產生的電力通過標準的5 V USB介面提供給用戶。

可反復使用的HYDROSTIK儲氫罐成為所有微型燃料電池的標準，將運用到更多創新型的Horizon設備中。HYDROSTIK儲氫罐含有金屬合金，將氫吸附到其晶體結構中，并以低壓的方式將氫釋放出來。這是一種可逆儲氫方法，針對任何形式的氫儲存提供最高能量密度，其能量密度甚至高于液態氫。與傳統電池不同的是，這些儲氫罐能夠以更低的成本儲存更多的能源，并且不包含任何對人體有害的重金屬或有毒液體。Horizon公司還與全球性的麻省理工學院微觀裝配實驗室(MIT FAB LAB)和英國的Arcola Energy聯手展開了一個以HYDROSTIK儲氫罐為核心的產品開發項目。

更令人驚喜的是，HYDROFILL個人加氫機可對HYDROSTIK儲氫罐進行反復充裝，這與一次性燃料罐相比有明顯優勢。HYDROFILL是一種微電解裝置系統，可以自動為HYDROSTIK金屬氫化物燃料罐補充燃料。它含有一個標準的交流電插頭，也可接受小型太陽電池板或風力渦輪機產生的直流電。

未來幾年內，Horizon計劃采用各種原料，如甲醇、丙烷、天然氣，未來還有可能是生活垃圾，來打造一款低成本、隨需供氫的無線解決方案。Horizon創辦人之一Taras Wankewycz說：“想像一下，永遠不必去加氫站是什么樣的感覺。HYDROFILL只是一個開始，未來我們將帶來更多創新?！?/p>

美國將研制太陽電池與燃料電池軍用發電機組

美國洛克希德·馬丁公司與美國海軍研究辦公室簽訂了一份合同，將設計和研發固體氧化物燃料電池發電機組，以替換傳統的戰場發電設備。洛克希德·馬丁公司計劃將燃料電池技術與太陽能板集成，為軍方提供執行任務所需的電力，同時極大地減少燃料的使用量。

目前，全世界使用超過10萬部軍用發電機，為照明、空調、計算機、無線電臺以及指揮與控制系統等供電。固體氧化物燃料電池能夠通過化學反應將燃料轉化為電能，其效能比當今戰場上燃料消耗最大的柴油發電機所使用的內燃機高出30%～50%。由于燃料電池僅需較少的燃料就能產生等量電力，因此有望節省數十億美元的作戰成本，同時減少軍方運送燃料的人員的傷亡。

固體氧化物燃料電池發電機組的研發項目為期32個月，研制工作完成后，洛克希德·馬丁公司將演示和交付1套多千瓦級JP-8兼容燃料電池高效電源，供美國海軍陸戰隊評估使用。該合同價值約300萬美元，旨在使戰術發電所需的燃料總使用量減少50%以上。

新型超薄固體氧化物燃料電池在氫燃料耗盡后仍可發電

哈佛大學材料科學家通過采用低溫運行和使用納米結構氧化釩作為陽極材料，研發出一種新型超薄固體氧化物燃料電池，既可發電，也可以存儲電化學能量，即使氫燃料耗盡仍可持續運行一段時間。

傳統的固體氧化物燃料電池使用鉑做電極，在電化學反應停止之前，電池只能發電約15秒。新型固體氧化物燃料電池使用鉑和氧化釩雙層陽極，在沒有燃料的情況下，可以繼續運行的時間高達14倍以上（3分30秒，電流密度0.2 mA/cm2）。研究人員認為，理論上這種氫燃料電池可用于小尺寸便攜式設備，如無人機，因為額外提升儲存能量，可以顯著延長設備的使用時間。研究人員將在兩年內對該電池進行應用測試。

美國宇航局開發汽車氫氣燃料電池

英國牛津的Cella Energy公司和美國宇航局的肯尼迪航天中心達成協議，共同開發氫氣燃料技術，目標是將來能夠在大部分交通工具上運用這項技術，比如汽車、飛機甚至是宇航服上。

Cella Energy在美國有一家子公司，該公司研究氫氣的儲存技術，將氫氣儲存在由氫化物材料制成的小球里，能夠很好地將氫氣在常溫下以液體形式保存。不過該公司仍然有一定的技術障礙需要克服。項目的最后一步就是要將儲存在氫化物小球中的氫氣應用到汽車燃料電池中，通過氫氣和氧氣的結合來產生電力。而這恰恰是肯尼迪航天中心最擅長的科技工作，他們曾在太空飛船上采用過這項技術。

肯尼迪航天中心的合作發展經理Robert Hubbard認為這項技術擁有巨大潛力，并表示在測試中，氫氣被儲存在氫化物小球中，化學狀態非常穩定。他還表示如果該技術能夠成功推向市場，那么整個汽車市場的氫氣儲存和燃料電池工業將被帶動起來，向更安全更簡便的目標前進。

Cella Energy和美國宇航局簽署的協議稱為“太空行動協議”，該協議有效期為5年。

丹麥推出全新電動汽車一次充電行駛800公里

丹麥三家公司聯合推出了一款全新的電動汽車，充一次電就可以行駛800公里，讓電動汽車從此“揚眉吐氣”。

這款QBEAK蓄電池/燃料電池演示車使用生物甲醇來改善電池的連續使用時間。其中一家研發公司的首席執行官摩根斯·洛克介紹說，生物甲醇要比汽油和柴油好用得多，因為它們產生的二氧化碳會少很多。生物甲醇由燃料電池轉化生成電能，這一過程中產生的廢氣熱量則被用來給汽車的暖氣和空調設備供能。燃料電池設計師邁德斯·弗里斯·詹森也強調說，生物甲醇的確是一種更加便宜而且充足的燃料，二氧化碳排放比汽油降低70%以上。

除此之外，新型電動車在技術上還得益于一項創新性的底盤設計。摩根斯解釋道：“我們使用的不是一塊固定的蓄電池，而是在底盤上設置了6組電池模塊，可以使用模塊中的電池或者用其它任何種類的能源為其充電。憑借我們先進的制造技術，可使該車達到真正的輕量級，只有425公斤，而充一次電能行駛的路程將達到前所未有的800公里?！?/p>

QBEAK電動車還采用專利技術的輪式驅動電動馬達，最高時速可達120公里。據悉，這款車在今年五月份就已經吸引了英國查爾斯王子的注意。當時他正在丹麥訪問，他對這款電動車表現出了濃厚的興趣。

美國能源部聲稱，直接甲醇燃料電池比其它綠色燃料比如氫更好儲存，因為它是一種液體，所以更容易運輸及通過基礎設施供給。

這款QBEAK蓄電池/燃料電池演示車預計在2013年問世。QBEAK電動汽車研制項目部門預計今年晚些時候再推出一款電池充電電動車，續航里程可達300公里。

新型鎳鐵電池電極材料提高充放電速度近千倍

美國斯坦福大學最近發明了一種新型鎳鐵電池電極材料，能在2分鐘內完成充電，30秒內完成放電，提高充放電速度近千倍。

這項發明由斯坦福大學化學系教授戴宏杰和他的博士生王海梁等研究人員完成。由王海梁擔任第一作者的論文發表在《自然通訊》雜志上。王海梁介紹說：“新技術可作為電動汽車鋰電池的補充，提高啟動效率，在加速時快速提供能量，或在剎車時快速存儲能量。此外，可作為飛機、坦克、導彈和火箭等軍用產品的啟動電源。它在手機和電腦等小型電器上也將有很大的使用前景，幾分鐘內解決原本需要數小時的充電過程?！?/p>

愛迪生早在1901年就發明了價格低廉、安全性能好的鎳鐵電池，能持續充電并保持長時間壽命，被大量使用在鐵路、礦業和電動汽車上。但這種電池存在充放電速度慢、單位體積儲存電能少和充電效率低的缺點。戴宏杰和他的研究團隊正好解決了鎳鐵電池充放電速度慢的缺陷。他們在碳納米管或石墨烯等新型碳納米材料上生長活性電極材料的納米晶體，這種復合電極材料具有傳統電極材料無法比擬的優異電化學性能。

王海梁說：“新型電極材料和傳統電極材料具有同樣的化學成分，工作原理也一樣，但它們的結構不一樣。納米晶體在石墨烯或碳納米管上的控制生長以及它們之間的相互化學作用，可有效促進電荷轉移和電子傳輸，從而極大提升材料的電化學性能，使充放電速度提升近千倍?！?/p>

迄今最輕的石墨材料問世 由99.99%的空氣構成

英國基爾大學和德國漢堡科技大學的科學家們研制出了迄今為止全球最輕的材料“飛行石墨”(Aerographite)，其密度僅為0.2毫克/立方厘米，雖然它看起來像一塊黑色不透明的海綿，但卻是由99.99%的空氣構成。研究人員表示，新材料性能穩定，具有良好的導電性、可延展性而且非常堅固，因此可廣泛應用于電池、航空航天和電氣屏蔽等領域。該研究成果發表在《先進材料》雜志上。

“飛行石墨”是由多孔的碳管在納米和微米尺度三維交織在一起組成的網狀結構，盡管質量很輕，但彈性卻非常好，擁有極強的抗壓縮能力和張力負荷。它可以被壓縮95%，然后恢復到原有大小。它還能吸收幾乎所有光線。

因為其獨具的特性，“飛行石墨”可以被安裝在鋰離子電池的電極上，這就使電池需要的電解質溶液很少，電池的質量由此大為減輕，得到的小電池可以用在電動汽車或電動自行車上。其未來的應用領域還包括讓合成材料具有導電性，困擾很多人的靜電干擾可能會因此得以避免。

另外，“飛行石墨”還可以應用于航空航天和衛星領域所用的電子設備上，因為這些設備必須能耐受大量的振動。新材料也有望應用于水凈化方面，作為吸附劑吸附水中的污染物，因為它能氧化或分解并移除水中的污染物。其卓越的力學穩定性、導電性以及表面積大等優點也會讓科學家們大大受益，甚至還可以用于恒溫箱或通風設備以凈化環境空氣。