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2018年最具创新性的五大电池设计

来源:cnBeta.COM   更新时间:2019-01-03 15:38:44    

  随时随地获取能源是现代社会的基础,保持冬暖夏凉,全年提供娱乐,并且确保食品安全。能源储存研发是一项持续不断的工作,有许多科学家正在利用创新的新材料和电极材料进行重要但渐进的进步,也有人在完全重新发明我们所谓的电池概念。

  以下是2018年的最惊人的五个例子,这些例子可能在能量储存中开辟全新的道路,跳出思维惯例的发人深省的全新概念。

  一、混凝土塔状储电装置

  想象一个普通的弹簧,如果你用手指缠绕那个弹簧,你就会为其加入势能。当你释放它时,就可以释放出能量。将此原理应用于可堆叠混凝土砌块塔,六臂起重机的作用就如同那根手指。

  这是瑞士创业公司Energy Vault的愿景,它正在开发一种新型电池,它可以用来储存从摩天大楼大小的混凝土塔中的风能和太阳能等可再生能源。为了给它充电,起重机将砌块抬起来,并堆放起来以形成一个塔。当起重机释放,让重力起作用,就可以让砌块降低到地面并将下降期间产生的动能转换成电能,即可放电。

  Energy Vault表示,其解决方案可容纳高达35MWh的容量和4MW的峰值功率,并提供90%的往返效率。它正在2019年在印度部署其第一个系统。

  二、构建能够容纳设备的电池,而非容纳电池的设备

  电池设计新方案:将电池设计成满足各种设备用途的任何形状,能够适应各种设备的产品。

  十月,德克萨斯州立大学和杜克大学的科学家提出了一种以聚乳酸(PLA)塑料为原材料的3D打印电池的方法,理论上能够设计成任意形状。PLA在典型状态非离子导体。

  科学家通过用碳酸乙酯,碳酸亚丙酯和高氯酸锂混合物注入材料来解决这个小问题。他们还分别在阳极和阴极中使用碳纳米管,正电极和负电极中使用石墨烯。

  通过这些改进,该团队能够以可工作的纽扣电池的形式制作出了3D打印概念验证电池。他们在此基础上将3D电池打印成一个配有LED的手镯,该手镯能够保持照明约60秒。尽管离实际应用还差一些距离,但其为产品设计方面开辟一些非常有趣的概念。

  三、箱子中的太阳

  麻省理工学院网格级能量存储系统的渲染图,被称为“箱子中的太阳”

  麻省理工学院所谓的“箱子中的太阳”目前阶段仅仅是一个概念,它基于当前被称为熔盐系统的技术,

  但它熔融硅使用代替熔盐,它能够储存更多的热量,并且在高温下不具有腐蚀性。此外,在高温下它会非常明亮地发光。这意味着熔融硅系统不是使用热交换器来煮沸水来发电,而是能够使用多联光伏太阳能电池从硅发出的光中发电。

  他们用一个微型箱体测试了这个概念,它可以被引导到一个系统,该系统包括两个每个尺寸为33英尺(10米)的箱体,能够为10万多户家庭提供足够的电力。他们还表示,该设计可以在任何地方实施,并且比目前的能源储存,并且便宜得多。

  四、康奈尔大学开发可瞬时充电的螺旋形电池结构

  不过现在,康奈尔大学的工程师们开发出了一种不同寻常的新结构,因其采用了相互交织的旋涡状结构、并且拥有瞬时充电的特性。这项新技术基于一套复杂的多孔形状 —— 螺旋 24 面体(gyroid)—— 在此之前,它经常被用于制造“二维奇迹材料”石墨烯。

  康奈尔大学开发的螺旋形电池想象图

  此外,新电池还采用了超薄碳膜(尽管还没法和石墨烯相提并论),借助了一种称作“块状共聚合物”(block co-polymer)的自组装工艺。

  这种碳基螺旋 24 面体组成了电池的阳极,其中包含了数千个孔,每个孔大约有 40nm 宽。

  这些气孔被涂上了大约 10nm 厚的分离层、接着加入硫阴极、最后用一种叫做 PEDOT 的导电聚合物来填充最后一部分空隙。

  每个细孔都可以储存和传递能量,与微型电池很是类似。但通过将它们分散到螺旋体的巨大表面积上,新架构的能量密度,比传统电池设计要大得多。

  五、可以为你背部支撑的电池

  正如上诉提及的3D打印PLA电池一样,柔性电池有望以有趣的形状和尺寸存储能量,在可穿戴科技领域大有应用前景。

  哥大科研人员启发自人体脊椎设计了一个全新的电池,由包括阴极,阳极,分离器和集电器不同的单元组成,每个单元通过所谓的“柔性支撑器”连接在一起,就像是一些盘子和韧带在你脊柱弯曲时,收集电能并且保持稳定的电压。

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