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碳纳米管电极将问世,电池功率有望提升10倍

       能量储存技术的进步总是让人感到兴奋,现阶段影响电池功率的最大挑战和限制因素之一,就是用于制造电极的设计和材料具有较低的热传导和电传导性能,以及在充电过程中所产生的不良机械行为。此外,这些材料还很容易被分解。例如,在锂离子电池中枝晶的产生会直接影响电池的安全和寿命。那么,有没有一种技术可以让电极更加稳定,让使用寿命更加长久,可以兼容不同类型的电池呢?

电池

   法国初创公司那瓦科技(Nawa technology)宣称自己制造出了一种“超级”电极,它不仅可以缩短充电时间,还可以将电池功率提升10倍左右,将电池容量提升3倍,将电池寿命提升5倍,那瓦科技以生产“超级”电容器而闻名,而这种电极则使用了相似的技术,它可以被用在锂离子电池中,来提高纯电汽车的行驶性能。其实,这项技术的关键就是活性物质在电极中的保存方式,以及离子传递电荷的路径。传统的活性炭电极是由粉末、添加剂以及粘合剂制成的,通常情况下它们被杂乱无章地粘在一起,也正因如此,带电粒子常以无规则、无顺序的路径到达用电器,而且它们经常会阻塞线路。

传统电极示意图

       相反,那瓦科技的电极是一种垂直排列的碳纳米管结构,它看上去就像是一把毛刷,有很多个高导电纳米管从中伸出,它们聚集在一起就行成了微小而牢固的电极。然后,再在这些电极表面涂上活性材料,不要小看了这一点改变,它会让离子的运动速度成倍的增长,也就是说,在锂材料中 现在它只需要移动几纳米,而并非过去需要横穿整个平面电极,这将有效提高功率密度,从而加强电池的快速充电能力。这意味着新技术电池的电量将会比之前提高10倍左右,而充电时间也将会相应地缩短。根据那瓦科技的数据,在配备配套充电基础设施的情况下,5分钟内就可以将电池从0充电至80%,这对于电动汽车来说无疑是一次飞跃,由于这些超轻纳米管之间并不存在间隙,所以并不需要粘合剂跟添加剂,这就使得新型电池的重量更轻,结构也更加简单。不仅能量密度会提高2-3倍,电池性能以及使用寿命也将得到大幅度提升。想成为这样一块优秀的电池必须满足多种条件,其中,最主要的因素之一就是优良的电导率和热导率,而这正是这种新型碳材料所具有的显著特点。

碳纳米管跟石墨烯电极对比示意图

     那么,这种材料到底贵不贵?是不是真的适合市场化的批量生产呢?其实新型电极的生产,跟在光伏板内安装抗反射涂层的成本大致相同,所以,如果一旦量产将会给传统电极带来极大的冲击,在未来的若干年内,垂直排列纳米管的增长速度将会是非常迅速的。总的来说,纳米碳管电极技术相对中性,兼容性也很强,它不仅可以被用在像圆柱形或扁平的不同外形的电池中,还可以用于像锂、硅、镍、镁、钴和硫等不同化学活性材料的专业电池中。

     除此之外,它还解决了在某些电池中的化学物质无法发挥其全部潜能的问题。我们都知道,硅基电池的能量密度大概是锂离子电池的2倍,但是在充电的时候,其中的活性材料会膨胀到原始尺寸的4倍,在放电过程中又会急剧收缩,最终导致电池破裂。碳纳米管有着更大的空间以及更坚固的框架,高强度可以避免由于发生膨胀而被破坏,在硅基电池中可以把纳米碳管看作是一个导电碳壳,将它固定在一个适当的位置上,就可以有效避免电池极具膨胀和收缩情况的发生。如果成功,硅基电池也许会重回巅峰,它的能量密度将再翻一倍,几乎是锂离子电池的6倍。同时,因为减少了稀有金属的使用,它的价格也将会大幅度降低。

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