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观察|三星将推全球首款手机用石墨烯电池 这些电池“新物种”让你大开眼界

http://www.tzgcjie.com 来源:前瞻网            发布时间:2018-10-25 10:07:03

三星预告了石墨烯电池在其智能手机上的应用,有可能成为明年第一家推出石墨烯电池设备的智能手机厂商。相比锂电池,石墨烯电池安全性大大提高,同时散热性也会更好,不会因为温度升高而出现传统锂电池那样发热、发烫、起火的问题,而且12分钟就可以充满3000mAh+容量电池。

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业内认为,石墨烯电池将成为下一个电池技术的突破方向。机构预测,随着石墨烯制备技术进一步推动规模化应用,5年至10年内市场将进入高速发展期。

三星高等技术研究院的研究人员开发了一种石墨烯球涂层,该研究成果已发表在11月刊的《自然通讯》杂志上。该论文描述了“石墨烯-二氧化硅(SiOx)组件,称为石墨烯球(GB),作为高容量富Ni层状阴极材料以及LIB阳极材料的涂层材料”。

在电池工艺中引入新材料并不简单。石墨烯球涂层可以带来更高的充电效率,大大缩短充电所需时间。在500次循环后,电池的容量降至78.6%。

2015年,三星表示这项工作距投入商用还有三年的时间。

明年,三星推出的Galaxy S10上有望应用石墨烯电池,有可能会成为其新设备的一大优势亮点。

三星一直致力于研究石墨烯电池,并在去年申请专利。该公司计划用石墨烯电池取代现有的锂离子电池,这将提供45%的电量。

目前,石墨烯电池的生产成本很高,但随着智能手机OEM们转向石墨烯,将大大压缩其成本,从而取代传统锂电池。

虽然智能手机,智能家居甚至智能可穿戴设备的发展都越来越先进,但它们仍然面临一个世纪难题——充电问题。几十年来,电池并没有太大变化,但我们即将迎来一场能量革命,而大型技术和汽车公司也越来越清楚锂离子电池的局限性。

虽然芯片和操作系统在节省电力方面变得越来越有效,但我们仍然只能在智能手机上续航一两天,然后再进行循环充电。值得庆幸的是,许多大学已经开展了一系列的研究。

手机充一次电就能用上一周,那一天什么时候才会到?从空气充电到人体电池,一系列新的进展带给我们颇多惊喜:

从设备使用者身上获得电力来源

摩擦纳米发电机(又称TENG)是一种功率收集技术,可捕获两种材料接触、摩擦时产生的电流。

萨里高级技术研究所和萨里大学的一个研究小组深入了解了这项技术如何用于为可穿戴设备提供驱动电力。虽然从某种程度上来说,我们还看不到它的实际应用,但研究应该为设计人员提供了优化未来摩擦纳米发电机所需的工具。

金纳米线电池

加利福尼亚大学欧文分校已经破解了这种纳米线电池,它可以承受充足的充电储能。

比人类头发薄一千倍的纳米线为未来的电池提供了很大的可能性。但他们在充电时总是容易熔断——在凝胶电解质中使用金纳米线可以避免这种情况。事实上,这些电池在三个月内测试充电超过了200,000次,并且电池性能和容量完全没有降级。

固态锂离子电池

固态电池一般比较稳定,但一般要通过电解质传输,这注定了它的寿命不长。

丰田科学家发表的一篇论文写到了他们对使用硫化物超离子导体的固态电池的测试,结果是电池可以在超级电容器级别运行,仅需7分钟即可完全充电或放电——这使其成为汽车驱动的理想选择。固态也意味着它比现有电池更稳定、更安全而且它应该能够在低至零下30摄氏度和高达一百摄氏度的环境下正常工作。

手机和无人机的燃料电池

新款燃料电池的诞生,意味着手机将可一周充一次电,而无人机将可飞行超过一小时。

韩国浦项科技大学的科学家们,首次将多孔不锈钢与薄膜电解质和最低热容的电极结合,制出了比锂离子电池更耐用、电量持续时间更长的电池。

纳米“卵状”三倍电容 充电只需6分钟

麻省理工学院的科学家研发了一种电池,其电容是现在一般电池的三倍,且只需6分钟就能充满电。而且,这种电池损耗极慢,可以使用相当长一段时间。

这款电池最大的优势是它的成本很低、极易量产,因此不久之后我们可能就会在市面上发现这款电池了。

Grabat石墨烯电池

石墨烯电池有可能成为最优质的电池之一。 Grabat开发的石墨烯电池可以为电动汽车提供长达500英里的行驶里程。

Graphenano公司表示,这种电池可以在几分钟内充满电,充电和放电的速度比锂离子快33倍。对于需要大量动力才能迅速启动的汽车来说,放电也是至关重要的。

Grabat电池目前在任何产品中使用都没有任何消息,但该公司有汽车、无人机、自行车甚至家用电池,未来因哟并的落地扩展将大有希望。

1分钟即充满电的铝石墨

斯坦福大学的科学家研发了一种铝石墨电池,可以在1分钟内充满智能手机。

这款电池唯一的问题是,它只能储存一般锂电池一半的能量,不过既然1分钟就能充满电,相信这也不算什么大问题。

激光制造的微型电容器

未来的电池很快就会在几个星期内充满电并实现在空气中充电。

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莱斯大学(RICE UNIVERISTY)的科学家们在微电容器方面取得了突破性进展。目前它们的制造成本很高,但使用激光制造很快就会扭转这一局面。结果是电池的充电速度比现有电池快50倍,放电速度甚至比现有的超级电容器慢。它们甚至很难,在测试中弯曲超过10,000次后能够工作。这些电池很坚韧,在测试中弯曲超过10,000次后仍能够工作。

超轻泡沫电池

Prieto认为电池的未来是3D打印。该公司已经设法使用铜泡沫基板的电池来解决这个问题。

这意味着由于没有易燃电解质,这些电池不仅更安全,而且它们还具有更长的使用寿命、更快的充电速度、5倍的密度,更便宜的制造和比现有产品更小的体积。

Prieto的目标是首先将其电池放入小件物品中,就像可穿戴设备一样。但它表示电池可以升级,因此我们可以在手机甚至是未来的汽车中看到它们。

薄如纸的可折叠电池

可折叠电池是纸状的,但却很坚韧。纸状电池可以折叠并且防水,这意味着它可以集成到衣服和可穿戴设备中。

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电池已经完成——甚至已经通过安全测试,包括折叠超过200,000次而不会导致性能受损。

uBeam空中充电

uBeam使用超声波传输电力。电源变成人声和动物听不到的声波,它们被传输出去,然后在到达设备时转换变为电源。

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25岁的天体生物学毕业生Meredith Perry偶然发现了uBeam的概念。她创办了这家公司,可以使用5毫米厚的平板在空中为小工具充电。这些发射器可以安装在墙壁上,也可以制成装饰艺术品,为智能手机和笔记本电脑提供电源。这些小工具只需要一个薄接收器即可接收电量。

StoreDot:手机充电仅30秒

StoreDot是一家初创于特拉维夫大学纳米技术系的初创公司。其开发的StoreDot充电器适用于当前的智能手机,并使用由天然有机化合物(称为肽)制成的生物半导体。

该充电器可在60秒内为智能手机充满电。该电池包括“不可燃的有机化合物,其中包含多层安全保护结构,可防止过电压和发热”,因此爆炸时不会发生危险。

该公司还透露了为电动汽车制造电池的计划,该电池在五分钟内可以充满电,行驶里程为300英里。

透明太阳能充电器

阿尔卡特演示了一个带透明太阳能电池板的手机,让用户只需将手机放在阳光下即可为手机充电。

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虽然它不太可能在一段时间内商业化,但该公司希望它能在某种程度上解决日常问题,即永远会突然发现电池电量不足。手机将采用直射阳光和标准灯,与常规太阳能电池板相同。

铝制空气电池:汽车充电可行驶1100英里

这种超级电池的秘诀是一种称为铝空气的电池技术,它利用空气中的氧气来填充阴极。这使得它比液体填充的锂离子电池轻得多,从而为汽车提供了更大的范围。

尿供电电池

比尔盖茨基金会正在资助布里斯托尔机器人实验室的进一步研究,他们发现了可由尿液供电的电池。这对科学家测试过的智能手机中,这款电池的充电效率足够高。但它是如何工作的?答案是使用微生物燃料电池微生物将尿液分解,分解并输出电力。

声音供电

英国的研究人员已经制造出一种能够使用周围大气环境下利用声音充电的手机。

智能手机是使用称为压电效应的原理构建的。创建了纳米发电机,可以收集环境噪声并将其转换为电流。

纳米棒甚至可以响应人声,这意味着手机主人一边说话一边就可以为手机充电。

雷登双碳电池:充电速度提高20倍

Power Japan Plus已经宣布推出名为Ryden dual carbon的新电池技术。它不仅可以使用更长的时间,并且比锂充电更快,而且可以使用制造锂电池的相同工厂制造。

电池使用碳材料,这意味着它们比现有的替代品更具可持续性和环保性。这也意味着电池的充电速度比锂离子快20倍。它们也将更耐用,能够持续长达3,000次充电循环,而且它们更安全,造成火灾或爆炸的可能性更低。

沙子电池:寿命超普通电池三倍

这种替代类型的锂离子电池使用沙子来实现比现有电池好三倍的性能。它仍然像智能手机中的锂离子电池,但在阳极上使用沙子代替石墨。这意味着它不仅性能提高了三倍,而且成本低、无毒、环保。

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加利福尼亚大学河滨分校的科学家们一直专注于纳米硅,但它的降解速度太快,很难大量生产。通过使用沙子,可以将其纯化、粉末化,然后用盐和镁研磨,然后加热除去氧气,得到纯硅。这是多孔的和三维的,这有助于提高性能,并且可能有助于电池的寿命。

钠离子电池

日本的科学家正在研究新型的正在开发像智能手机电池那样不需要锂的新型电池。这些新电池将使用钠,这是地球上最常见的材料之一,而不是稀有锂。更让人惊喜的是,它们的效率将是传统电池的七倍。

自八十年代以来,人们一直在研究钠离子电池,试图找到更便宜的锂替代品。通过使用盐,这是地球上第六个最常见的元素,电池可以制造得更便宜。预计未来5-10年内智能手机、汽车等电池的商业化将会开始。

Upp氢燃料电池充电器

Upp氢燃料电池便携式充电器现已上市。它使用氢气为您的手机供电,让您远离电网并保持环保。

一个氢电池可以将5不手机充满电(每个电池25Wh容量)。而产生的唯一“副产品”是水蒸气。USB A型插座意味着它将为大多数具有5V\5W\1000mA输出的USB设备充电。

内置灭火器的电池

锂离子电池过热,着火甚至可能爆炸的情况并不少见。三星Galaxy Note 7中的电池就是一个很好的例子。斯坦福大学的研究人员提出了制造内置灭火器的锂离子电池。

该电池具有称为磷酸三苯酯的组分,其通常用作电子产品中的阻燃剂,添加到塑料纤维中以帮助保持正极和负极分开。如果电池温度升至150摄氏度以上,塑料纤维会熔化,磷酸三苯酯化学物质会释放出来。研究表明,这种新方法可以在0.4秒内阻止电池着火。

不爆炸的电池

在几秒内完成充电的电池很快就会面世,并且可以空中实现。

锂离子电池具有夹在阳极和阴极层之间的相当挥发性的液体电解质多孔材料层。马萨诸塞州塔夫茨大学的研究员Mike Zimmerman开发出一种电池,其容量是锂离子电池的两倍,但没有固有的爆炸危险。

Zimmerman的电池非常薄,比两张信用卡略厚,并且用具有类似特性的塑料薄膜交换电解液。它可以承受被刺穿,破碎,并且可以暴露在高温下,因为它不易燃。在技??术推向市场之前,仍有许多研究要做,但了解更安全的选择是件好事。

液态流动电池

哈佛科学家开发出一种电池,可将其能量储存在溶解在中性pH水中的有机分子中。研究人员表示,与目前的锂离子电池相比,这种新方法可以让Flow电池持续相当长的时间。

我们不太可能在智能手机等中看到这项技术,因为与Flow电池相关的液体解决方案存储在大型水箱中,越大越好。人们认为它们可以成为储存风能和太阳能等可再生能源解决方案所产生能源的理想方式。

事实上,斯坦福大学的研究已经在流动电池中使用了液态金属,其效果可能很好。据称,液态电池的电压是原来传统电池的两倍。该团队表示,这可能是存储间歇性能源(如风能或太阳能)的一种很好的方式,可以根据需要快速释放到电网。

IBM和苏黎世联邦理工学院已开发出一种更小的液体流动电池,可用于移动设备。这种新电池声称不仅可以为组件供电,还可以同时冷却它们。两家公司已经发现了两种可以完成任务的液体,并将用于每平方厘米可产生1.4瓦功率的系统,其中1瓦的功率可用于为电池供电。

Zap&Go碳离子电池

总部位于牛津的ZapGo公司开发并生产出第一款现已供消费者使用的碳离子电池。碳离子电池结合了超级电容器的超快充电能力和锂离子电池的性能,同时完全可回收利用。

该公司有一个充电器,可在5分钟内为手表充满电,然后在两小时内将智能手机充满电。

锌空气电池

悉尼大学的科学家们相信他们已经想出了一种制造锌空气电池的方法,比目前的方法便宜得多。锌空气电池可以被认为优于锂离子电池,因为它们不会着火。唯一的问题是它们需要依靠昂贵的组件来工作。

悉尼Uni已经设法制造了一种锌空气电池,而不需要昂贵的元件,而是一些更便宜的替代品。更安全、更便宜的电池可能正在赶来。

智能服装电池

萨里大学的研究人员正在开发一种能够将衣服用作动力源的方法。该电池被称为摩擦电纳米发电机(TENG),可将运动转换为储能。然后,存储的电力可用于为诸如Fitbit健身追踪器的移动电话或设备供电。

这项技术不仅可以应用于服装,也可以应用于人行道,因此当人们不断地走过它时,它可以存储电力,然后可以用来为小灯,或汽车的轮胎供电,这样它就可以供电一辆车。

可拉伸、可弯曲电池

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师开发出一种可伸缩的生物燃料电池,可以通过汗液发电。据称产生的能量足以为LED和蓝牙无线电供电,这意味着它有朝一日可以为智能手表和健身追踪器等可穿戴设备供电。

Bioo植物充电器

从外形上看,Bioo就是一个花盆,它利用光合作用产生的能量给你的平板电脑、手机等设备充电。这款产品已经上市可以购买。

Bioo一天能充电两到三次,电压3.5V,电流0.5A。充电用的USB接口很巧妙地伪装成了石头的形状。Bioo花盆利用有机材料与水和植物光合作用时产生的有机物反应,这一过程可以产生足够的电量为设备充电。

三星的石墨烯电池

三星已经成功开发出“石墨烯球”,能够将目前锂离子电池的容量提高45%,并且充电速度比现有电池快5倍。为了说明这一点,三星表示其新型石墨烯电池可以在12分钟内完全充电,而目前的电池大约需要一个小时。

三星还表示,它已经在智能手机之外使用,称它可以用于电动汽车,因为它可以承受高达60℃的温度。

更安全、更快速充电的锂离子电池

华威大学WMG的科学家开发出一种新技术,可以使现有的锂离子电池充电速度比原来的极限高五倍。该技术可以比现有方法更精确地测量电池温度。

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