從沙子到超聲波，13項(xiàng)可能改變世界的創(chuàng)新電池技術(shù)

自人類成功轉(zhuǎn)化并使用電力以來，電池已經(jīng)成為日常生活和工作中重要的電力來源。從遙控器到智能手機(jī)，再到電動(dòng)汽車，幾乎我們目前使用的所有電子設(shè)備中都有電池。

雖然特斯拉和其他科技公司正在努力開發(fā)高容量鋰離子電池，但全球各地的科學(xué)家和研究人員正在開發(fā)各種新型電池，汗液、尿液、沙子、超聲波、聲音、石墨烯等各種材料，都已經(jīng)成為科研人員的研究對(duì)象。

但是，這些技術(shù)要真正走向商業(yè)化，以及在我們能夠安全有效地存儲(chǔ)和使用這些能源之前，還有很長(zhǎng)的路要走。

1．金納米線電池

美國(guó)加州大學(xué)歐文分校的研究人員開發(fā)出一種新型的電解質(zhì)凝膠金納米線。在納米線上涂上一層非常薄的凝膠，就能夠?qū)⑺鼈兊某潆娭芷谔嵘綆资f次。

在3個(gè)月的測(cè)試過程中，納米線進(jìn)行了20萬次循環(huán)充電，而電池容量損失不到5％，并且沒有明顯的腐蝕性。雖然金納米線電池的成本很高同，但該技術(shù)如果應(yīng)用在鍍鎳納米線等其它便宜的材料中，可以大幅降低成本。

2．激光誘導(dǎo)石墨烯的微型超級(jí)電容

微型超級(jí)電容的傳統(tǒng)制造工藝很復(fù)雜，成本很高。美國(guó)萊斯大學(xué)研究人員已經(jīng)開發(fā)出利用計(jì)算機(jī)控制的激光生產(chǎn)石墨烯的方法，由這種方法生產(chǎn)的石墨烯產(chǎn)品被稱作激光誘導(dǎo)石墨烯。

與傳統(tǒng)化學(xué)蒸鍍工藝相比，利用計(jì)算機(jī)控制的激光可以燒掉聚酰亞胺塑料薄膜上層中除碳之外的其他所有成分，從而大幅降低超級(jí)電容的生產(chǎn)成本。

這種微型超級(jí)電容具有耐彎曲性出色、不會(huì)隨時(shí)間而退化等特點(diǎn)。據(jù)測(cè)試，該超級(jí)電容充放電12000次后，仍能保持初始狀態(tài)90％的電容量。

3．超聲波無線充電技術(shù)uBeam

2017年，美國(guó)硅谷初創(chuàng)公司uBeam展示了利用超聲波為各種電子設(shè)備進(jìn)行無線快速充電的技術(shù)。

隨著這種技術(shù)的成熟，未來我們的家庭及各種公共設(shè)備都可以成為無線充電站。

4．用沙子制成的電池

2014年，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種新型的鋰離子電池，其效率大大超出了鋰離子電池行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，續(xù)航時(shí)間達(dá)到普通鋰電池的三倍。

研究人員從沙子中提純硅，以取代目前鋰電池的正極的主要材料石墨，從而實(shí)現(xiàn)了低成本、無毒、環(huán)保的新型電池。

5．利用汗液發(fā)電的柔性生物燃料電池

2017年，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的科研人員開發(fā)出可拉伸的燃料電池，可以從汗液中提取能量，為電子設(shè)備供電。

科研人員使用了光刻技術(shù)和絲網(wǎng)印刷技術(shù)，制造出三維碳納米管基的陰極和陽極陣列，從而研發(fā)出這種生物燃料電池。燃料電池中的酶可以氧化汗液中的乳酸，并產(chǎn)生電流，從而將汗水變成了一種能量源。

6．摩擦電納米發(fā)電機(jī)

2017年，美國(guó)克萊姆森大學(xué)納米材料研究所（CNI）的研究人員發(fā)明了超簡(jiǎn)單的摩擦電納米發(fā)電機(jī)“U－TENG”。

該發(fā)電機(jī)是由塑料和膠帶簡(jiǎn)單制成的小型裝置，可以通過人體運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)產(chǎn)生電力。

7．泡沫電池

美國(guó)電池初創(chuàng)公司Prieto Battery推出一款由泡沫銅制成的電池。

該電池由98％的空氣組成，泡沫是多孔結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)主要是空氣，泡沫增加了表面積，縮短了離子必須移動(dòng)的距離，從而增加電能和能量密度。

8．液體電池

哈佛大學(xué)的John A． Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員研發(fā)出了一種新型液體電池，這種電池的電能儲(chǔ)存在溶解于中性pH溶液里的有機(jī)分子中。

該團(tuán)隊(duì)改變了正電解質(zhì)溶液和負(fù)電解質(zhì)溶液中分子的結(jié)構(gòu)，并將其溶解于水中，設(shè)計(jì)出了這種“每1000次循環(huán)僅損失存儲(chǔ)容量百分之一”的液體電池。

這種新型化學(xué)電池?zé)o毒、無腐蝕性，并且擁有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命，還能顯著降低電池的生產(chǎn)成本。該技術(shù)可用于儲(chǔ)存來自風(fēng)能和太陽能等可再生能源的能源，并且維護(hù)量極少。

9．可折疊電池

韓國(guó)公司Jenax開發(fā)出一種可折疊電池，這種新材料鋰電池可以經(jīng)得起10萬次折疊，就像紙張一樣柔軟，能隨意折成任何形狀。

這種柔性電池可用于可穿戴設(shè)備和智能服裝中，為柔性電子設(shè)備提供能源。

10．透明太陽能電池

2014年，美國(guó)密歇根州立大學(xué)的材料科學(xué)家Richard Lunt的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種對(duì)紫外線、紅外線可以產(chǎn)生光電反應(yīng)的特殊的有機(jī)分子，從而推出了透明的太陽能電池板。

阿爾卡特已經(jīng)與太陽電池廠商Sunpower合作開發(fā)透明太陽能電池板，可以用于手機(jī)屏幕，從而可以在戶外的任何地方進(jìn)行充電。該技術(shù)計(jì)劃在不久的將來發(fā)布。

11．尿液電池

2016年，英國(guó)巴斯大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種可以通過尿液發(fā)電的微型燃料電池。燃料電池中用于發(fā)電的微生物可將尿液中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成電能并存儲(chǔ)在電池中。

研究人員重點(diǎn)關(guān)注這種燃料電池對(duì)環(huán)境的影響，認(rèn)為該種電池可再生、清潔、環(huán)保，幾乎不會(huì)造成任何浪費(fèi)。

12．聲音充電

英國(guó)研究人員開發(fā)了一種用聲音蓄電的電池。這種電池內(nèi)充置微型納米發(fā)電機(jī)，采用一種叫壓電效應(yīng)的機(jī)制來將大氣中的聲音震動(dòng)轉(zhuǎn)換為能量。

將這種電池應(yīng)用在智能手機(jī)上，可以讓手機(jī)隨時(shí)保持充電狀態(tài)，再也不需要任何充電器和線路。

13．鋁空氣電池

以色列公司Phinergy正在開發(fā)一種鋁空氣電池，電池中的鋁板從空氣中吸收氧氣，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鋁，并釋放能量。該電池在工作時(shí)只消耗鋁和少量的水，鋁可以回收循環(huán)使用，不污染環(huán)境。

Phinergy展示的100公斤重的鋁空氣電池在理論上可以為電動(dòng)汽車儲(chǔ)存能行駛3000公里的電量。

作者王進(jìn)