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電池內(nèi)部構(gòu)造:鋰電挑戰(zhàn)大容量

鉅大LARGE  |  點擊量:926次  |  2019年09月05日  

我們正在展望一個廣泛利用清潔能源的新時代。作為這個時代的標志性場景之一,人們希望看到滿街跑著的都是類似特斯拉電動車這樣的新型轎車,它不再需要汽油,而是用蓄滿了電的鋰電池驅(qū)動。到那時候,遍布道路兩旁的加油站也將會被充電站所取代。最新的消息是,上海市已經(jīng)宣布對特斯拉電動車實行免牌照上牌政策,并支持他們更快地在中國建設超級充電站。


然而,當你意識到電動車使用的電池和你手機里裝著的電池并無本質(zhì)區(qū)別,令人歡欣鼓舞的光明遠景可能就要蓋上一朵烏云了。手機黨經(jīng)??鄲赖木褪请姵氐睦m(xù)航能力。許多人的手機早上充滿,下午見底,一天必須充一次。筆記本電腦同樣有這個問題,幾個小時就可能電量告罄。電動車沒開多遠就“趴窩,需要頻繁充電,這是它的實用性備受質(zhì)疑的焦點。特斯拉唯一投放市場的ModelS型電動車,最高配置的車型宣稱一次充滿電后可以行駛480公里,已經(jīng)是很了不起的成績了。


為什么電池“不耐用?在一定的空間里,物質(zhì)所能儲存能量的大小被稱作“能量密度。從能量密度的排位來看,電池幾乎墊底。以每千克產(chǎn)生的能量作為指標,我們?nèi)粘J褂玫钠湍苓_到50兆焦耳,而鋰電池的平均水平還不到1兆焦耳。其他類型的電池同樣在極低的水準徘徊。顯然,我們不可能把電池的體積做得無限大;為了提升電池的容量,只能著眼于提高電池的能量密度,但是困難重重。這項技術到底難在哪里?記者就此采訪了浙江大學化學系副教授劉潤,以我們常用的鋰離子電池(簡稱鋰電池)為例,解剖電池內(nèi)部構(gòu)造的秘密。


電解液很重要


電池之所以能夠提供能量,是因為發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移。在電池接到一個電路里,合上開關,電流就通了。這時,電子就會從負極跑出來,經(jīng)過電路流到正極。在這個過程中,電子會做功,來支撐你的手機運轉(zhuǎn),或者驅(qū)動特斯拉電動車。


鋰電池的電子是由鋰提供的。那么,在電池里裝滿了鋰,能量密度不就上去了嗎?可惜的是,為了讓鋰離子電池具備可充電的功能,它的內(nèi)部構(gòu)造必須以犧牲能量密度為代價。劉潤指出,鋰電池的內(nèi)部構(gòu)造包括電解液、負極材料、正極材料和隔膜等,每一樣都有其專門的工藝需求,發(fā)揮獨特的功能,不可或缺。這種構(gòu)造限制了鋰電池能量密度的提升。


首先,是電解液,它是電池里不可缺少的運輸管道。“電池放電的時候,鋰原子失去電子,變成了鋰離子,這時它要從電池的一極跑到另一極去,到了充電的時候再跑回來。劉潤說。鋰離子在電池兩極的來去構(gòu)成了鋰電池循環(huán)使用的關鍵,而電解液保證了它的旅途自由通暢。電解液就像河水,鋰離子就像魚。如果河床干了,魚到不了對岸,鋰電池就無法正常工作。


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