鋅電池

鋅電池

鋅電池是指實用原材料鋅製作的可充電電池。

背景

鋅電池鋅電池

想像一下,耐克FuelBand只有食指上戴的戒指那么大,手機像信用卡那樣柔軟纖薄。如果電池能夠做到又薄又能彎曲,而且能量足夠強勁,那么這些設備就能做成你想像的那樣。事實表明,電池是現代電子產品設計的主要障礙。

加州初創企業Imprint Energy致力於突破這一障礙。該公司開發了一種新型鋅電池,有望讓電子設備廠商突破標準鋰電池的局限。

該公司採用的技術來自加州大學伯克利分校的研究成果。該公司已經開始為試用客戶小批量生產這種超薄、高能、柔性、廉價的可充電電池。這種電池使用的原材料不是鋰,而是鋅,同時生產過程中還使用了絲網印刷技術。

特點

Imprint Energy CEO德文·麥肯齊(Devin MacKenzie )稱,標準鋰離子電池很難做到又薄又有柔性,而且由於鋰化學性質非常活潑,因而需要很多包裝來保證鋰離子電池的安全。如果你看過網上鋰離子電池在空氣中乃至水中起火的視頻,就會明白這一點了。

這種架構也使得鋰離子電子注定只能做得堅硬而碩大。即便是Macbook Air最薄的筆記本電腦或者iPad這樣的平板電腦,其設計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,但如果仔細觀察腕帶形狀,可以發現電池是腕帶上唯一無法彎曲的部分。

優點

超薄可彎曲

Imprint Energy的電池解決了鋰電池的體積和柔性問題。該公司由加州大學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)創立,剛獲得Dow Chemical和CIA In-Q-Tel風投公司的種子投資。

這種電池的陽極為鋅,陰極為金屬氧化物,電解質為固態聚合物。陰陽兩極分別位於電池兩邊,鋅離子在電解質中從陽極流動到陰極引發化學反應,從而不斷產生電能。

麥肯齊稱,儘管鋅早已用於電池,但鋅電池很難做到可充電。這是因為,當鋅與液態電解質結合時,會產生一種稱為樹枝晶的物質,這種細微的纖維會不斷生長並阻礙充電反應。Imprint Energy通過鋅與固態聚合物結合而成的電解質解決了這一難題。

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由於鋅在環境中的活潑性不高,Imprint的這種電池可以做到薄得多,也可以小到僅有幾百微米(兩根頭髮的寬頻)。這種超微型電池可以用於數字智慧型標籤,例如檢查食物新鮮程度的標籤。

此外,鋅也使得Imprint的電池更加安全,毒性比鋰電池小。Imprint團隊可以露天生產鋰電池。對於戴在人身上甚至植入體內的設備,鋅電池是更安全的選擇。想像一下,如果人體胸腔內裝入一台使用鋰電池的心臟設備,而電池將鋰泄露到人體內,這會有多么恐怖。

可列印電池

Imprint Energy的另一大創新是它使用了標準的絲網印刷技術列印電池。大多數電池都是將原材料塗在金屬箔片上,然後將它們組裝稱電池。

麥肯齊在Imprint Energy的Alamada實驗室現場演示了它們的電池印表機和類似印製T恤圖案那樣的絲網。電池原材料可以按照客戶要求列印成任何形狀。當然,客戶需要為定製形狀額外付費。

該實驗室每天能產出100塊電池,儘管規模不大,但足以滿足潛在客戶的樣品需求。未來兩三年內,該公司可能會開始批量生產。不過它可能不會自行建廠,而是與製造商合作或提供技術授權。

發展

儘管Imprint Energy才剛起步,但它的終極目標便是穿戴式設備市場,其中既包括消費市場(例如耐克FuelBand和Fitbit),也包括醫療健康市場(例如植入式監測設備)。這種新型電池將令穿戴式設備行業受益匪淺。鑒於穿戴式電子設備還是新興行業,未來幾年才可能成為主流,突破性的設計可能會徹底改變該行業。

鋅空氣電池技術優點突出

鋅空氣電池,又稱鋅氧電池,用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質,以鋅為負極,以氯化銨或苛性鹼溶液為電解質的一種原電池。與傳統電池,特別是與鉛酸蓄電池相比,鋅空氣電池存在諸多優點。

首先,綠色環保是亮點,被譽為21世紀環保型新能源。由於鋅空氣電池不採用鉛、汞、鎘等重有毒的重金屬,因此其對環境的污染較小,同時不存在爆炸危險,安全可靠。其次,成本低,蓄能大。原材料主要是空氣中的氧及價格低廉的鋅,故而材料易得。且它的容量比其它電池高3-10倍。如單體300安時圓柱體型鋅空氣電池,其重量僅為0.75kg,而同樣的鉛蓄電池的重量則大於8kg。與當前主流鋰汽車電池相比,資料顯示,180公斤重量鋅空氣電池能夠產生44千瓦時電量,續航能力350公里,而同樣電量的鋰電池重量要達360公斤。最後,充電方面優勢突出。多數蓄能電池存在頻繁充電的缺點,特別是鉛酸蓄電池不能長期深度放電,充電時間長給客戶帶來諸多不便。而部分型號的鋅空氣電池並不是蓄電池,而是利用鋅和空氣直接發電。簡單地說,在電池用完後,用戶只需更換封裝好的鋅粉,就可以重複使用,更換的時間在3分鐘內即可完成。

鋅空氣電池技術突破,鋅需求結構面臨調整

鋅空氣電池優勢雖然較多,但此前受部分技術原因及產業生產沒有達成規模化,故而鋅空氣電池一直只作為一個概念,實際套用較少。而近年隨著鋅空氣電池技術不斷改善,其離實際大規模生產套用越來越近。近日,美國紐約EOS儲能公司(EOSEnergyStorage)聲稱他們已經開發出一種更加綠色環保的鋅空氣電池。一個0.3千瓦的電池可以實現2700次充放電沒有性能衰減。其最終目標是實現1萬次循環,產品在電網儲能中維持30年壽命。

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國內方面,2011年國內首個鋅空氣電動公車正式下線,據悉此鋅空氣電池純電動城市公車每充一次電可行駛約300公里,最高時速可達每小時80公里,其運營成本比傳統鋰電池電動汽車低三分之一。此外武漢泓元偉力新能源科技有限公司首個鋅空氣電池基地已於2010年10月啟動,鋅空氣電池產品已進入試生產階段。公司最快將於2012年進行新能源電池的量產,每年為1萬輛純電動公車提供動力電池,產值規模可達30億元,這標誌著鋅空氣電池進入規模化生產階段。

另據我國工信部的規劃,中國未來10年將投入超過1000億元的資金,用於扶持節能與新能源汽車生產,使中國成為全球最大的新能源汽車生產國。然而當前我國在新能源汽車開發領域,純電動公車所用的動力電池基本上是鋰電池。鋰電池是屬於充電性質的電池,裝配到12m級的公車後,每天必須到專業的充電站沖電,若用大流量的直流充電,充電時間至少要用3個多小時,若用交流充電至少要用5-6個多小時。而鉛酸動力電池目前主要套用於電動腳踏車,電動汽車上的套用技術目前仍不成熟。因此從技術前景來講,鋅空氣電池後期在新能源汽車市場的角逐中將占據上風。且隨著技術日漸成熟,或暗示鋅空氣電池時代已經開啟。

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