鋅電池是指實(shí)用原材料鋅制作的可充電電池。
中文名稱 | 鋅電池 | 外文名稱 | zinc battery |
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屬于 | 耐克FuelBand | 類型 | 電池 |
開(kāi)發(fā) | 業(yè)Imprint Energy |
Imprint Energy CEO德文·麥肯齊(Devin MacKenzie )稱,標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池很難做到又薄又有柔性,而且由于鋰化學(xué)性質(zhì)非常活潑,因而需要很多包裝來(lái)保證鋰離子電池的安全。如果你看過(guò)網(wǎng)上鋰離子電池在空氣中乃至水中起火的視頻,就會(huì)明白這一點(diǎn)了。
這種架構(gòu)也使得鋰離子電子注定只能做得堅(jiān)硬而碩大。即便是Macbook Air最薄的筆記本電腦或者iPad這樣的平板電腦,其設(shè)計(jì)也受到電池大小和重量的限制。耐克FuelBand使用了弧形鋰聚合物電池,但如果仔細(xì)觀察腕帶形狀,可以發(fā)現(xiàn)電池是腕帶上唯一無(wú)法彎曲的部分。
超薄可彎曲
Imprint Energy的電池解決了鋰電池的體積和柔性問(wèn)題。該公司由加州大學(xué)伯克利分校博士生克里斯汀·何(Christine Ho)與布魯克斯·金凱德(Brooks Kincaid)創(chuàng)立,剛獲得Dow Chemical和CIA In-Q-Tel風(fēng)投公司的種子投資。
這種電池的陽(yáng)極為鋅,陰極為金屬氧化物,電解質(zhì)為固態(tài)聚合物。陰陽(yáng)兩極分別位于電池兩邊,鋅離子在電解質(zhì)中從陽(yáng)極流動(dòng)到陰極引發(fā)化學(xué)反應(yīng),從而不斷產(chǎn)生電能。
麥肯齊稱,盡管鋅早已用于電池,但鋅電池很難做到可充電。這是因?yàn)?,?dāng)鋅與液態(tài)電解質(zhì)結(jié)合時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種稱為樹(shù)枝晶的物質(zhì),這種細(xì)微的纖維會(huì)不斷生長(zhǎng)并阻礙充電反應(yīng)。Imprint Energy通過(guò)鋅與固態(tài)聚合物結(jié)合而成的電解質(zhì)解決了這一難題。
由于鋅在環(huán)境中的活潑性不高,Imprint的這種電池可以做到薄得多,也可以小到僅有幾百微米(兩根頭發(fā)的寬帶)。這種超微型電池可以用于數(shù)字智能標(biāo)簽,例如檢查食物新鮮程度的標(biāo)簽。
此外,鋅也使得Imprint的電池更加安全,毒性比鋰電池小。Imprint團(tuán)隊(duì)可以露天生產(chǎn)鋰電池。對(duì)于戴在人身上甚至植入體內(nèi)的設(shè)備,鋅電池是更安全的選擇。想象一下,如果人體胸腔內(nèi)裝入一臺(tái)使用鋰電池的心臟設(shè)備,而電池將鋰泄露到人體內(nèi),這會(huì)有多么恐怖。
可打印電池
Imprint Energy的另一大創(chuàng)新是它使用了標(biāo)準(zhǔn)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)打印電池。大多數(shù)電池都是將原材料涂在金屬箔片上,然后將它們組裝稱電池。
麥肯齊在Imprint Energy的Alamada實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)演示了它們的電池打印機(jī)和類似印制T恤圖案那樣的絲網(wǎng)。電池原材料可以按照客戶要求打印成任何形狀。當(dāng)然,客戶需要為定制形狀額外付費(fèi)。
該實(shí)驗(yàn)室每天能產(chǎn)出100塊電池,盡管規(guī)模不大,但足以滿足潛在客戶的樣品需求。未來(lái)兩三年內(nèi),該公司可能會(huì)開(kāi)始批量生產(chǎn)。不過(guò)它可能不會(huì)自行建廠,而是與制造商合作或提供技術(shù)授權(quán)。
鋅電池背景
想象一下,耐克FuelBand只有食指上戴的戒指那么大,手機(jī)像信用卡那樣柔軟纖薄。如果電池能夠做到又薄又能彎曲,而且能量足夠強(qiáng)勁,那么這些設(shè)備就能做成你想象的那樣。事實(shí)表明,電池是現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要障礙。
加州初創(chuàng)企業(yè)Imprint Energy致力于突破這一障礙。該公司開(kāi)發(fā)了一種新型鋅電池,有望讓電子設(shè)備廠商突破標(biāo)準(zhǔn)鋰電池的局限。
該公司采用的技術(shù)來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的研究成果。該公司已經(jīng)開(kāi)始為試用客戶小批量生產(chǎn)這種超薄、高能、柔性、廉價(jià)的可充電電池。這種電池使用的原材料不是鋰,而是鋅,同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中還使用了絲網(wǎng)印刷技術(shù)。
理論上說(shuō),鎳鋅電池不可以用鎳氫電池充電器進(jìn)行充電. 鎳鋅電池最好是采用恒壓充電,充電至1.9V左右(不同公司定義不大一樣),才可以判斷為充滿電,這個(gè)充電方式與鋰電相似;而鎳氫電池是采用電壓降進(jìn)行充滿電...
鋅-氧電池是以鋅-空電池技術(shù)為基礎(chǔ),以氧氣代替空氣作為陰極活性物質(zhì)、采用堿性電解液、陽(yáng)極為鋅的金屬燃料電池。由于直接采用氧氣有利于提高氧氣的氣相傳質(zhì)速度,減小大電流放電時(shí)氧擴(kuò)散困難造成的氧電極極化增大...
銅鋅原電池銅鋅原電池之一[原理]銅、鋅兩電極,一同浸入稀H2SO4時(shí),由于鋅比銅活潑,容易失去電子,鋅被氧化成Zn2+進(jìn)入溶液,電子由鋅片通過(guò)導(dǎo)線流向銅片,溶液中的H+從銅片獲得電子,被還原成氫原.
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采用空氣-乙炔火焰原子吸收光譜法連續(xù)測(cè)定銀鋅電池材料用無(wú)甘油玻璃紙中銅、鐵含量。介紹銅鐵最佳測(cè)定條件及呈良好線性關(guān)系的濃度范圍,并對(duì)樣品消化處理?xiàng)l件及在樣品測(cè)定中的干擾因素進(jìn)行了考察。樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1.0(n=10),加標(biāo)回收率為98.0~98.5。該法適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制分析和樣品系統(tǒng)分析。
香港城市大學(xué)副教授支春義(中)帶領(lǐng)李洪飛(左)、唐子杰(右)等博士生研究出一種水系鋅電池。圖為三人分別手持封裝后的鋅電池以及用來(lái)制造兩個(gè)電極的二氧化錳材料和鋅片。
(圖片來(lái)自港媒)
20多年來(lái),鋰電池在充電池市場(chǎng)上,堪稱一枝獨(dú)秀,但不能彎曲和不耐高溫、容易起火等安全隱憂,一直是鋰電池的弱點(diǎn)。據(jù)港媒報(bào)道,近期,香港城市大學(xué)師生研究出一種水系鋅電池,以柔軟和安全作賣點(diǎn),有望在穿戴式電子產(chǎn)品等部分用途上,挑戰(zhàn)鋰電池的地位。
香港城市大學(xué)科學(xué)及工程學(xué)院副教授支春義說(shuō),以鋅為基礎(chǔ)的電池(以下簡(jiǎn)稱“鋅電池”)已有百年多歷史,是世界上第二種商業(yè)化的電池,只比鉛酸電池稍遲。不過(guò),以往的鋅電池主要是一次使用。此外,以往的鋅電池的充放電性能一直不理想,充放電次數(shù)太少。直至3年多前,大學(xué)內(nèi)研究的水系鋅電池(其電解質(zhì)含水),只可充放電100次至300次。
支春義和一批博士生在3年多前,開(kāi)始研究水系鋅電池,初期遇到很多困難。兩年前,他們棄用強(qiáng)堿性電解質(zhì),改用弱酸性電解質(zhì),并將其中一個(gè)電極改用納米二氧化錳材料,取得重大突破,將充放電次數(shù)大增至1000次以上;而且在充放電1000次后,其儲(chǔ)電量仍然可以維持在最初的97%。
幾年前,軟性鋰電池仍未真正商業(yè)化生產(chǎn),他們希望開(kāi)發(fā)軟性水系鋅電池,以滿足市場(chǎng)應(yīng)用和需要,例如穿戴式電子產(chǎn)品等。由于水系鋅電池的電解質(zhì)原為液態(tài),較難封裝和較易泄漏,所以他們加入“水凝膠”,令電解質(zhì)變成半固態(tài),既可保持柔軟和可彎曲的特性,同時(shí)較容易封裝,萬(wàn)一封裝出現(xiàn)破損,電解質(zhì)也不會(huì)泄漏。
此外,由于水系鋅電池的電解質(zhì)含水,所以其本質(zhì)就不易燃,比鋰電池的有機(jī)電解質(zhì)安全。經(jīng)過(guò)改良后,他們研發(fā)的水系鋅電池在極惡劣的工作環(huán)境中,如撞擊、切割、火燒、彎折等,也不會(huì)爆炸或起火,并能夠繼續(xù)提供穩(wěn)定的電源,安全程度大大提高。
支春義樂(lè)觀估計(jì),他們研發(fā)的水系鋅電池,在穿戴式電子產(chǎn)品、智能服裝、醫(yī)學(xué)產(chǎn)品、美容產(chǎn)品、嬰兒用品、寵物用品、電子書(shū)閱讀器等市場(chǎng)潛力具大。應(yīng)用在計(jì)算機(jī)電池方面,也有優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗灰兹嫉奶攸c(diǎn),理論上,帶上飛機(jī)應(yīng)該不會(huì)有容量限制。
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù),目前全球已探明的鋰資源儲(chǔ)量合計(jì)超過(guò)5300萬(wàn)噸,鋰儲(chǔ)量約1447萬(wàn)噸。全球已探明鋅資源儲(chǔ)量約19億噸,鋅儲(chǔ)量約2.3億噸。因此,鋅的價(jià)格要比鋰更低廉。用來(lái)制成電池,以同一儲(chǔ)電量作比較,鋅電池成本會(huì)比鋰電池低。
支春義認(rèn)為,由于電動(dòng)車對(duì)續(xù)航力要求高,鋰電池能量密度較高,相信仍會(huì)在這個(gè)市場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)。但考慮到鋰電池的安全性、成本以及鋰金屬在地球上的儲(chǔ)量等因素,他相信,鋰電池未來(lái)不太可能獨(dú)霸所有充電池市場(chǎng)。
參與研發(fā)工作的博士生李洪飛和唐子杰均認(rèn)為,鋰電池由1996年開(kāi)始在移動(dòng)電話市場(chǎng)冒起,至今才不過(guò)20余年,在電動(dòng)車市場(chǎng)的歷史更短,所以鋰的產(chǎn)量暫時(shí)未有問(wèn)題。但隨著部分國(guó)家限期要求汽車廠停產(chǎn)燃油車、全面轉(zhuǎn)為生產(chǎn)純電動(dòng)車,可能引致鋰產(chǎn)量不足和價(jià)格上升的問(wèn)題。鋅儲(chǔ)量較多和成本較低,鋅電池未來(lái)的前景值得看好,相信一定可以在充電池市場(chǎng)上占據(jù)席位。
在2018年的“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)賽香港區(qū)選拔賽(香港大學(xué)生創(chuàng)新及創(chuàng)業(yè)大賽)中,他們的研究項(xiàng)目獲得能源化工組別二等獎(jiǎng)?,F(xiàn)在,支春義和他帶領(lǐng)的10多名博士生正在計(jì)劃,在今年底或明年初小量試產(chǎn)他們研發(fā)的水系鋅電池,完全商品化則要到2020年中。
《 人民日?qǐng)?bào)海外版 》( 2018年06月29日 第 11 版)
容量大,壽命長(zhǎng),而且更安全,不會(huì)有爆炸或引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。
美國(guó)馬里蘭大學(xué)、陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院研究人員組成的研究小組。