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美國科學家研制出全球首個自我修復電極 電池壽命延長10倍

斯坦福大學與美國能源部SLAC國家加速器實驗室的科學家近日宣布，他們研制出了世界上第一個能自我修復的電極。該電極采用已廣泛應用在半導體和太陽電池行業的硅材料制成，而其秘訣就在于包在電極上的高分子彈性聚合物，它能捆住在電極上出現的微小裂縫，并自行愈合，該項技術為研發下一代鋰電池開創了新局面。

為了打造輕型高效電池，全球的科研人員都在想辦法讓鋰離子電池負電極存儲更多電能，而硅一直被視為最有發展潛力的電極材料之一，因為它能在電池充電時高容量吸收鋰離子，并在電池放電時迅速將其釋放。但是，硅電極也有美中不足之處：每當電池充電時，硅電極的體積會膨脹至正常大小的3倍，放電后再恢復至原形，于是，具有脆性的硅材料很快就會出現裂痕并脫落，嚴重影響電池的性能。這一問題在高容量電池的電極中普遍存在。

斯坦福大學博士后研究員、論文主要作者之一王超表示：“自愈功能對動植物的生存極為重要，而我們就想把這種功能應用到鋰電池上以延長其壽命。”

王超在斯坦福大學鮑振安（音譯）教授領導的實驗室中研發了能自我修復的高分子聚合物，后者帶領的團隊一直致力于研究應用于機器人、傳感器及義肢等產品中的彈性電子皮膚，而它正是靈感的來源；另外，為了讓聚合物導電，王超往其中加入了碳納米粒子。

為獲得自我修復涂層材料，研究人員有意地采取措施，降低了長鏈狀聚合物中的某些化學鍵強度，如此處理后的材料容易出現斷裂，但是斷裂端又能以化學方式相互吸引，很快再次連接起來，如同DNA等生物分子實現組裝、重排和斷裂的過程。

研究顯示，自我修復電極在經過上百次充放電循環后，電能存儲能力沒有顯著的下降。鮑教授說，由于高分子材料能在數小時內修復自身的微小裂痕，因此電池的壽命延長了10倍。SLAC國家加速器實驗室教授崔毅認為，現在該電極已具備了實用價值，不過他們仍將繼續向更高的目標努力，因為上百次充放電的數據離手機500次以及電動汽車3000次充放電的目標還有相當大的差距。

來自崔毅實驗室以及其它地方的研究人員為保持硅電極完整性并改善其性能，對不同的方法進行了大量的研究。雖然有些研究成果得到了商業應用，但多數需要罕見的材料或高超的工藝，因此難以推廣。而本次研究采用了已得到廣泛應用的硅粒子，崔毅表示這是實用之路的首選材料。研究人員還表示該方法對研發其它電極材料也有效，他們將繼續改進新技術，進一步提高硅電極的性能和壽命。

美國伯克利實驗室開發鋰硫電池新技術

近日，美國伯克利國家實驗室提出了一項新技術方案，有望將現有鋰離子電池的能量密度提高兩倍，同時在一定程度上延長電池壽命。

伯克利實驗室所提出的解決方案是，在鋰離子電池中，用一種硫氧化石墨烯制成的納米復合材料作為正極反應物，使其放電倍率高達6C，充電倍率高達3C，同時還能確保較高的能量密度；此外，電池的完整循環充放電次數能超過1500次，單次衰退率只有0.039%。這可能是目前為止鋰硫電池所能實現的最高水平。

1500次完整循環充放電如何理解？舉例來說，如果一輛電動汽車每天都進行一次完整的從0至100%的充放電循環，那么1500次循環就意味著這輛電動汽車的電池可以使用4年。而常用的鋰電池中，鈷酸鋰的循環次數大約是500次，磷酸鋰也只能達到1000次左右。也就是說，隨著充放電次數的不斷增加，鋰離子電池的容量在不斷衰退。

所以，在日常使用電動汽車時，電池的電量并不會充滿100%，多數保持在40%～60%的水平。其原因一是避免完整的充放電縮減電池壽命，二是在各種溫度下降低衰退率，三是為電動汽車的能量制動回收留下空間。所以，像特斯拉Model S這類采用鈷酸鋰電池的車型，在設計之初就考慮到了電池組的拆卸情形。

據悉，這種新型鋰硫電池的單電池結構，比能量可以達到500瓦時/千克，比當前鋰離子電池的比能量高出兩倍多，即便在經過1500次完整充放電后，其比容量依然可以保持在較高水平(740毫安時/克)。如果要實現目前汽油車輛300英里(約480公里)的續航，那么單電池結構的比能量就必須達到350～400瓦時/千克。理論上這種新型鋰硫電池完全可以滿足這一要求。

不過，伯克利實驗室的技術方案仍然面臨著巨大的挑戰，那就是電池的壽命。盡管能實現1500次的完整循環充放電，但從實用性和經濟性的角度來說，這還遠遠不夠。原因是，在放電過程中，鋰離子的多硫化物容易從正極消融，與鋰負極發生化學反應生成Li2S，從而形成一個反應屏障，導致電池的容量減少，縮減電池壽命。

目前，伯克利國家實驗室正在尋求合作伙伴，希望進一步解決鋰硫電池的壽命問題。中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所也參與了該項技術的研究。

日本京都大學研發氨燃料電池

日本京都大學研究生院工學研究系的江口浩一教授日前就氨燃料電池的研發內容發表了演講，這種電池是在日本文部科學省2013年度啟動的“能源存儲、運輸、使用等相關革新性技術開發”項目（簡稱“能源載體項目”）中推進研發的。

能源載體項目是日本科學技術振興機構(JST)推進的“尖端低碳化技術開發”(ALCA)中的重點技術領域之一，其一年的研發預算約為10億日元。能源載體項目由制氨組、用氨組、有機氰化物組、工藝工學組四個團隊來實施。該項目計劃將氨(NH3)作為氫氣源使用，推進這項研發的原因在于液氨的單位體積氫濃度為12.1千克/100升，高于液氫的7.06千克/100升。而且，氨在標準大氣壓下的液化溫度為25℃，比較容易處理；而氫在標準大氣壓下的液化溫度為－242℃，必須在極低溫度下保存，這是一大技術課題。另外，利用碳化氫類燃料制造氫的方法會產生一氧化碳和二氧化碳，因此在低碳化方面存在問題。

江口教授是作為用氨組的一員來研發氨燃料電池。研究對象包括固體高分子型和固體氧化物型燃料電池，實際目標是研制出在高溫環境下工作的固體氧化物型氨燃料電池。

目前的設計方針是，針對作為家用產品在市場上普及的固體高分子型電池用途，使用熔鹽催化劑在650℃以下的環境使氨分解成氫氣和氮氣，然后在400℃以下的環境去除氨氣，再將分解后的氫氣輸送給燃料電池。固體型燃料電池的固體高分子膜對氨氣的耐受性很弱，因此必須去除大部分的氨氣——這將成為一大技術課題。

在家用燃料電池中，大阪燃氣公司和吉坤日礦日石能源公司等推出的固體氧化物型產品的工作溫度高達700～900℃，因此可以使氨與氧氣直接發生反應來發電。當然，與此同時也在考慮進行將氨先分解為氫氣和氮氣，然后再與氧氣反應的間接反應。

以氨為燃料的固體氧化物型燃料電池方面，正極的候選材料是鎳基金屬陶瓷，電解質膜的候選材料是局部穩定化的氧化鋯類陶瓷，負極的候選材料是添加了鑭鍶類的錳氧化物。據推算，其發電效率是現有固體氧化物型電池的45%以上。存在的課題是用來分解氨的催化劑材料，目前正在考慮的候選材料有鐵、鈷、鎳及釕等。

設計方面的課題是，需要研究出氨分解反應器與固體氧化物型燃料電池的配置及運轉方法等。

日本成功實施海中燃料電池系統海域試驗

三菱重工業公司與日本獨立行政法人海洋研究開發機構(JAMSTEC)合作，共同開發出新型海中燃料電池系統，日前成功完成了在實際海域向海中觀測設備供應電力的試驗，這在全球尚屬首例。這款小型燃料電池系統通過在氣體循環系統中采用新結構，解決了技術性課題，作為可為海底及海中設備長時間供電的電源而備受期待。

此次試驗成功的是固體高分子型燃料電池系統，燃料電池的直徑為60厘米，長80厘米，質量在500千克以下，輸出功率為350瓦以上。試驗時配備在JAMSTEC的海洋調查拖曳船上，潛入水深180米處，同時向2個觀測設備供應電力。現已確認該燃料電池系統可穩定供電，并且接受供電的設備可持續進行觀測。

海中經常使用載人潛艇、無人探測船及拖曳船等多種觀測設備，近年來，隨著裝置水平提高，觀測期間變長，所需電量不斷增加。因此，輸出容量有限的蓄電池供電能力已顯不足，有關方面一直在開發封閉式燃料電池系統。燃料電池與蓄電池不同，只要有氫和氧，就能持續產生電力。

燃料電池系統通常需要使用氣體循環裝置及加濕裝置，無法實現小型化，而且還存在無法避免氫氣微量泄漏的問題。三菱重工與JAMSTEC開發的系統通過在氣體循環系統中采用新結構，無需使用循環器及加濕器，同時密封電池主體，防止了泄漏。此次試驗的成功意味著海中燃料電池系統可以實用化，今后三菱重工與JAMSTEC將繼續開發達到實用水準的千瓦級系統。

韓國現代汽車公司發布途勝Fuel Cell燃料電池汽車

在前不久的洛杉磯車展上，韓國現代汽車公司發布了一款搭載燃料電池的途勝Fuel Cell車型。

這款途勝Fuel Cell車身側部醒目的FCEV(Fuel Cell Elevtric Vehicle)標志象征著它與眾不同的地位：加氫僅需10分鐘即可將汽車尾部的儲氫罐充滿，續航里程達到400公里，除此之外，途勝Fuel Cell還有很多不同于其他廠家的“誘人”規定。

根據現代發布的聲明，途勝Fuel Cell車型目前只租不賣，而費用標準也類似常用的手機通訊套餐，36個月的合約期，每個月繳納499美元的租車費用即可使用搭載先進技術的途勝Fuel Cell。現代為Fuel Cell車型專門在一些城市投資建立了加氫站，加氫免費、對途勝Fuel Cell的一般性保養維護免費、道路救援免費（燃料耗盡的救援為有償服務）。因此，在繳納了租金之后，途勝Fuel Cell幾乎不會再有什么附加費用，當然，停車和洗車的費用還是需要自己支付的。

對于燃料電池，很多人會覺得不安全或是不穩定，而現代經過多年的研究和高強度的測試，已經很有信心打消這些疑慮。Fuel Cell技術完全由現代研發部門掌握，而在途勝Fuel Cell發布之前，現代已經對勝達Fuel Cell和獅跑Fuel Cell這兩款車型進行了大量的道路試驗，測試總里程達到了32000公里，測試的環境溫度、海拔以及路況均考慮到了嚴酷的情況。

途勝Fuel Cell尾部放置有兩個氫燃料儲罐，可存儲5.64千克液態氫，一個位于后行李艙，另一個位于后排座椅下方。途勝Fuel Cell的整套系統布置在車身后部，為了進一步提升效率，現代還使用了剎車能量回收系統。車內空間因為燃料電池系統的植入略為減少了一點，但這可以忽略不計，不會影響到乘坐的舒適性。電動機可輸出134馬力，峰值扭矩300牛米，相比于汽油發動機的182馬力和240牛米，在加速方面是有所不及，0～100公里/小時加速用時12.5秒，而汽油車型為8.7秒。但是電動汽車所擁有的許多優勢是傳統能源車型所不能比擬的，而更重要的一點是，途勝Fuel Cell是零二氧化碳排放。雖然加速較慢，但是160公里/小時的極速應該能滿足很多人對電動汽車的要求。

美國科學家研制發泡銅電池

電池一直是制約智能手機發展的瓶頸之一，太陽能電站、風電場也深受電池技術限制。這些場所亟需廉價、耐用且電量高的電池來存儲電能。

“電池幾乎成為了所有用電設備的‘軟肋’。”美國科羅拉多州立大學化學家Amy Prieto說。

為此，她成立了一家專門研制電能存儲設備的公司。該公司希望推出一款比現有鋰離子電池更安全、更廉價、充電更快并且對環境更為友好的新型電池——發泡銅電池。

在Amy Prieto看來，目前市面上的電池最大的兩個缺點是：能量密度低，功率密度低。她解釋說，前者指傳統電池在現有體積下，很難保證智能手機擁有兩天以上的續航時間；后者則指電池充電時間長達數小時，而不是幾分鐘。

Amy Prieto團隊希望通過重新設計一系列電池組件，如銅銻化物負極和聚合物電解質材料等來解決上述問題。其中最為重要的設計是，利用一種發泡金屬——發泡銅來充當電池負極上的集流體（將電池活性物質產生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出的部件）。

Amy Prieto認為，相比平面電極，發泡銅材料因具有較大的表面積，可以顯著提升電池的能量密度和功率密度。

“而且這種器件還比較容易制造。”Amy Prieto介紹，他們先在發泡銅材料上鍍上由銅銻化物制成的負極，然后將負極放置到特定溶液中，讓固體電解質在電化學聚合反應的作用下沉積到負極上面，最后制作成電池。

Amy Prieto預計這種電池的制造成本僅為傳統鋰離子電池成本的一半；同時，在擁有同等電量的前提下，其體積僅為傳統電池的三分之二，且充電時間縮短為五到十分之一，壽命卻增加了十倍。

這種新型電池還具有更為安全和環保的特性。首先，固體電解質的自燃風險要比液體電解質小得多。另外，在整個制造過程中，該團隊選擇水而不是其他化學物質來作為基本反應物。“之前我認為這是不可能的，但至少目前來看，用水的效果很好。”Amy Prieto說。

目前，該團隊已經成功在一塊銅板上制造了電池的二維模型，正在開展三維電池模型試驗。“一年之后，電池原型即會面世，屆時，我們將請第三方機構對其進行測試。”Amy Prieto表示，“此后，我們還將開展小規模的市場測試。”

美國3M與SunpartnerT echnologies公司聯合開發適用于移動設備的透明光伏系統

近日，多元化創新制造企業美國3M與Sunpartner Technologies公司達成協議，雙方將在相關產品和技術解決方案上展開合作，以充分發揮3M在創新工程電子材料以及Sunpartner Technologies在透明太陽電池技術領域的優勢。雙方正在合作開發一款可在移動電子設備使用過程中利用光照為其充電的可持續性無線透明微型元件。這一革命性的技術能夠讓消費者利用自然光或人造光源為手機和平板電腦充電，從而擺脫電源插座的束縛。

這種創新前沿的消費電子產品能源管理系統主要依賴3M光學透明膠和Sunpartner的光伏表層 (Wysips Crystal)。通過這兩種創新材料的結合，可將任何電子設備的表面轉化為太陽電池板，并利用自然光或人造光源產生能源。這些光伏電池遇光即被激活，可立即為所連接的電子設備充電或供電，使這些電子設備隨時可用，為消費者的日常工作和生活帶來很大的便利。

電池續航能力已經日益成為消費者重視的產品購買因素。嵌入到電子顯示屏內的Wysips超薄透明光伏層可提供足夠的電力以保證為設備充電，因此無需擔心電池耗盡。連續太陽能充電將使手機無論在室內還是戶外都能隨時待命。該無線透明太陽能充電系統還可以無縫接入到各種類型的顯示器和移動設備之中，包括手機、電子書、電子貨架標簽、電子手表、無線傳感器等。這種新增的能源生產裝置不會改變設備的設計和外觀。透明光伏元件連接到電子芯片上，芯片對光伏電池生產的電能進行轉化和管理，以便為電池充電。

3M光學透明膠以3M膠粘劑核心技術平臺為基礎，通過精密制造工藝消除了起泡等常見瑕疵。這些瑕疵可能導致圖像顯示扭曲，造成消費者對設備的滿意度下降。3M光學透明膠完全達到了顯示粘膠的規格要求，并可對膠粘劑的功能、活性和性能進行定制。

采用3M光學透明膠的Wysips Crystal不但可用于現有材料和顯示屏技術，更著眼于未來的材料和設計發展趨勢進行新產品研發。按照協議，Sunpartner Technologies將為全球三大手機廠商設計原型產品。

三菱電機精彩亮相中國國際工業博覽會

在第十六屆中國國際工業博覽會上，三菱電機精彩亮相，全方位展現了三菱電機產品。

此次工博會上，三菱電機在海外首次與日本同步，全球首發新一代人機界面高性能的GOT2000和高性價比的GOT Simple。GOT2000系列主要服務于汽車、FPD、輪胎、紙巾等行業及軸承等中高端市場，為客戶帶去高品質的同時，可以更好地滿足客戶對高速、高可靠性、低能耗的要求，并且能與三菱其它產品進行無障礙連接。經濟型GOT Simple系列則擁有豐富的基本功能、內置包括以太網和SD卡槽等多種通訊口、高品質畫面顯示等特點，為以單機設備為主的客戶（如紡機、包裝、教儀、半導體以及中低端軸承行業等）帶去高性價比的同時，既滿足了客戶的現場功能需求，又提升其產品的附加值。

新品展區還首次展示了FX3系列新一代微型可編程控制器、實現FA綜合解決方案的上位監控軟件 MC-works、FR-A800全新一代變頻器以及MR-JE系列簡易型通用伺服。三菱電機全新的產品演繹吸引了大量觀眾駐足，現場技術人員的專業介紹也給觀眾留下了專業的品牌印象。

在機器人展區，三菱電機從不同的側面展示了機器人在諸多行業中的典型應用，尤其突出了三菱電機工業機器人高速工作的優良性能。

此次展會的主題為“A world of solution”。三菱電機不單單局限于獨立產品的銷售，而是從客戶的角度出發，為客戶提供全系列、全方位的綜合解決方案，進一步為客戶創造更多價值。

艾德克斯新一代直流電源開創高壓測試新境界

為了滿足工程師對于高壓測試儀器的迫切需求，給各電子領域的高壓測試帶來性能優良、功能齊備的電源產品，艾德克斯公司推出了電壓高達600V的直流電源系列產品——IT6700H寬范圍可編程高壓直流電源系列。

在LED、電池、DC-DC轉換器等行業，高電壓是對電源的基本需求。“工程師需要的不僅是能夠在功率、電壓、電流范圍方面滿足測試需求的電源，也是具有高度穩定可靠性和能夠精準測試的電源，更是功能完善、能夠方便、順利地應對各種測試的電源。”艾德克斯中國部表示。

IT6700H高壓直流電源系列0～600V的電壓調節范圍和高達3000W的功率可以使工程師在寬廣的范圍內任意設置輸出參數。很多領域的測試，其復雜程度不是單一測試設備可以完成，還需要諸多測試測量設備的配合，一些新的要求正浮出水面，如通訊功能、遠端量測功能以及操作簡便的編程功能等等。IT6700H高壓電源使工程師和研究人員能夠通過內置的RS232、USB和GPIB通信接口實現與其他測試測量設備和計算機的遠程通訊及控制，這在大型測試中尤其具有重要意義。不管是在面板編程的情況下，還是計算機控制編程的環境中，List(順序)操作功能幫助工程師使電源按照編輯的序列自動輸出，可以通過編輯List操作的每一個單步的值及時間來產生各種輸出變化的波形，工程師可以實現的參數設置包括時間單位、單步電壓、單步電流、單步時間及是否下一步、循環步驟和是否保存文件等。在保證測試精度方面，IT6700H系列電源也表現得十分出色，不僅機器本身具備100mV/10mA的高分辨率，遠端量測功能也通過補償導線上壓降的方式來最大程度維護測試精度。

如果說領先的測試技術孕育了專業、先進的IT6700H高壓電源系列，那么出廠之前嚴格的校準以及重重檢測的關卡就是它能夠走進電子測試領域應對各種測試挑戰的強有力保障。從選材到生產，直至出廠前的質檢，艾德克斯建立了完善的標準管理體系。