论文部分内容阅读
使用数码相机和手机时，最让人放心不下的就是电池，为此新产品的开发很自然地围绕电池寿命问题展开了。最近，日本、美国在这方面取得了较大进展，他们一改电池 40年不变的模式，推出了几款全新概念的电池新产品，这些电池面向应用越来越广泛的便携式电器用品，为可充电式、无漏液的固体电池，尤其令世人瞩目的是它们还肩负起了新的能源革命的历史重任。
数字化超能电池
两辆用电动机和电池驱动的试验车，在试车车道上做了测试，在20度坡道上装有新电池的一辆顺利通过了坡道，而另一辆使用传统电池的中途停了下来，新电池商品名为 Oxvride，电压1．9伏，使用寿命为传统的碱性电池的1．5倍，可强力驱动电动机类电器装置。用于数码相机可多拍出2倍以上的照片，而且不会因为电能消耗导致画面趋暗。
这种电池性能改善的秘密在于，采用的新材料在化学反应过程中可产生更高的电压，从它的横剖面可以看出，中央的负极部分缠绕充填在正极材料之间，其材质为氢氧化镍颗粒。这种镍系材料10年前已引起人们的注意，只是在反应的稳定性方面阻碍了实用化的进展。松下电器的技术人员把用于充填镍粒子空隙的石墨粒子加工得更小，问题便迎刃而解了。
前不久，一种名为OxyRide的轿车问世了，经过改进的这种超能电池使用超级处理的碱性化学物质，包含氢氧化镍等化学成分，在化学物质的共同参与下可以产生超常电力。电池总重18．5千克，据称加载一位体重50千克的乘客可行驶1．23千米。对于一款电池驱动的轿车来说，这已经是相当惊人了，这段距离已可以从家里到街头的杂货铺。
镍铜电池可用半个世纪
与此同时，笔记本电脑和手机用的锂电池在其带动下也卷入了这场革新浪潮。目前锂电池电压为3．7伏，放电时间也有了长足的进步，但是为满足离子流动所采用的有机溶液仍是造成漏液的一大隐患。于是开发商又把目光盯准了电解液，改用聚合物高分子材料。锂电池也开始加入了干电池的行列。新的问题是，一般固体材料不利于离子的流动，影响电池性能。日本日立制作所采用聚乙烯石墨以后问题迎刃而解，离子的流动性能提高了7倍，在目前的锂离子电池模式上同样可以延长电池寿命。
解决了漏液问题在其他方面也获益匪浅，以往为了避免漏电，电池里装有特殊电路、元件，现在这些已不复存在，而且还提高了耐冲击性，满足了在汽车上的应用要求。为了更广泛地拓展应用领域，电池形状也更趋灵活多变，甚至可以柔性变形地安插在电器的任意位置。以笔记本电脑为例，它可以薄薄地平铺在液晶屏幕的背面，无须抛头露面即可提供能源。拥有200年历史的电池，在便携设备越来越普及的情况下，其模式、形状如何不断变换已成为必须面对的课题。
美国康奈尔大学研究人员正在研制一种新型镍铜电池，虽然功率只有几毫瓦，但寿命极长，该电池至少能工作半个世纪。据《新科学家》杂志介绍，研究人员采用放射性同位素镍63和铜这两种金属作为开发长寿命电池的材料。镍63能发生裂变，会不断释放电子，半衰期长达 100年。长寿命镍铜电池的工作原理是片状的镍63在衰变时向铜片释放电子，使铜片带负电荷，镍63薄片带正电荷，外接负载构成回路时，镍铜电池便会开始工作，源源不断地产生电流，为负载提供电能。
碳纳米管与电双层电容器
所谓电双层，是指在电极和电解液的边界面上形成的一对正负电极层，这是120年前由德国物理学家赫尔姆霍茨发现的。在电压超过界限、电分解尚未开始时，电双层起着绝缘膜的作用，而这种电双层的厚度非常薄，仅相当于一个分子，是一般的绝缘膜远远比不上的。所以，从这个意义上来说，它可以形成比以往的电容器更大的能量密度，从而朝小型化方向发展。
如果能把电容器的能量密度提高到原来的5倍，同时，通过改良，将周边的电路功能提高到原来的4倍，这样，就能达到原来20倍的能量密度。被称为“电双层电容器”的产品，其蓄电能力是同样重量的铅蓄电池的2-3倍，超过镍氢电池，就其能量密度而言，它已经接近实用化电池中能量密度最高的锂离子电池。
在电双层电容器中采用碳纳米管做电极材料可增大电极的比表面积，从而有可能提高电双层的静电容量。迄今为止，已有多项关于在电双层电容器电极材料中采用碳纳米管的研究成果发表。
在新产品展示会上，对电双层电容器进行了演示。一种是可瞬间释放大功率的演示，仅仅1秒钟即可将10W的太阳能电池板给电容器模块充了10秒左右的电力全部放掉，将装有钢珠、重15千克的容器移动 lm。另一种演示是电双层电容器在便携终端上的应用，将电容器模块接到索尼“VAIO”笔记本电脑上，取代锂离子充电电池，通过家用插座给电容器迅速充电约10秒后， VAIO可工作1分钟。当然，实际使用时1次充电可驱动的时间要长得多，而作为使用过程的一种演示，不可能观察全部可驱动时间，因此演示只驱动1分钟。每种演示均使用了将6个方形单元组成一列的电容器模块。额定电压方面，每个单元为 2．7V，模块约为16V。据称，将首先面向汽车和机床，为其提供单位重量能量密度高达40Wh／kg的产品样品。
锌锰电池奠定了便携式电源的地位，在收音机普及全球的上世纪中叶曾一度大显身手；碱性电池的问世，以其长效电力在各种信息商品急速成长的数字时代，满足了消费者更高的需求；电双层电容器蓄电系统进一步发展，电动汽车就有可能取代现在的以汽油为燃料的汽车。不久，“家用蓄电库”也有望实现，届时，人们不仅从太阳光、风力以及燃料电池等无污染性能源中获取电能，还可以不断地将这些电储存在蓄电库里备用。这样，就不再需要大规模的发电站，也不需要会产生损耗的输电线，电双层电容器真可谓前途无量。在人类文明的发展历程中电池始终扮演着支持新的电器产品开发的角色，如今又肩负起了新的能源革命的历史重任。
数字化超能电池
两辆用电动机和电池驱动的试验车，在试车车道上做了测试，在20度坡道上装有新电池的一辆顺利通过了坡道，而另一辆使用传统电池的中途停了下来，新电池商品名为 Oxvride，电压1．9伏，使用寿命为传统的碱性电池的1．5倍，可强力驱动电动机类电器装置。用于数码相机可多拍出2倍以上的照片，而且不会因为电能消耗导致画面趋暗。
这种电池性能改善的秘密在于，采用的新材料在化学反应过程中可产生更高的电压，从它的横剖面可以看出，中央的负极部分缠绕充填在正极材料之间，其材质为氢氧化镍颗粒。这种镍系材料10年前已引起人们的注意，只是在反应的稳定性方面阻碍了实用化的进展。松下电器的技术人员把用于充填镍粒子空隙的石墨粒子加工得更小，问题便迎刃而解了。
前不久，一种名为OxyRide的轿车问世了，经过改进的这种超能电池使用超级处理的碱性化学物质，包含氢氧化镍等化学成分，在化学物质的共同参与下可以产生超常电力。电池总重18．5千克，据称加载一位体重50千克的乘客可行驶1．23千米。对于一款电池驱动的轿车来说，这已经是相当惊人了，这段距离已可以从家里到街头的杂货铺。
镍铜电池可用半个世纪
与此同时，笔记本电脑和手机用的锂电池在其带动下也卷入了这场革新浪潮。目前锂电池电压为3．7伏，放电时间也有了长足的进步，但是为满足离子流动所采用的有机溶液仍是造成漏液的一大隐患。于是开发商又把目光盯准了电解液，改用聚合物高分子材料。锂电池也开始加入了干电池的行列。新的问题是，一般固体材料不利于离子的流动，影响电池性能。日本日立制作所采用聚乙烯石墨以后问题迎刃而解，离子的流动性能提高了7倍，在目前的锂离子电池模式上同样可以延长电池寿命。
解决了漏液问题在其他方面也获益匪浅，以往为了避免漏电，电池里装有特殊电路、元件，现在这些已不复存在，而且还提高了耐冲击性，满足了在汽车上的应用要求。为了更广泛地拓展应用领域，电池形状也更趋灵活多变，甚至可以柔性变形地安插在电器的任意位置。以笔记本电脑为例，它可以薄薄地平铺在液晶屏幕的背面，无须抛头露面即可提供能源。拥有200年历史的电池，在便携设备越来越普及的情况下，其模式、形状如何不断变换已成为必须面对的课题。
美国康奈尔大学研究人员正在研制一种新型镍铜电池，虽然功率只有几毫瓦，但寿命极长，该电池至少能工作半个世纪。据《新科学家》杂志介绍，研究人员采用放射性同位素镍63和铜这两种金属作为开发长寿命电池的材料。镍63能发生裂变，会不断释放电子，半衰期长达 100年。长寿命镍铜电池的工作原理是片状的镍63在衰变时向铜片释放电子，使铜片带负电荷，镍63薄片带正电荷，外接负载构成回路时，镍铜电池便会开始工作，源源不断地产生电流，为负载提供电能。
碳纳米管与电双层电容器
所谓电双层，是指在电极和电解液的边界面上形成的一对正负电极层，这是120年前由德国物理学家赫尔姆霍茨发现的。在电压超过界限、电分解尚未开始时，电双层起着绝缘膜的作用，而这种电双层的厚度非常薄，仅相当于一个分子，是一般的绝缘膜远远比不上的。所以，从这个意义上来说，它可以形成比以往的电容器更大的能量密度，从而朝小型化方向发展。
如果能把电容器的能量密度提高到原来的5倍，同时，通过改良，将周边的电路功能提高到原来的4倍，这样，就能达到原来20倍的能量密度。被称为“电双层电容器”的产品，其蓄电能力是同样重量的铅蓄电池的2-3倍，超过镍氢电池，就其能量密度而言，它已经接近实用化电池中能量密度最高的锂离子电池。
在电双层电容器中采用碳纳米管做电极材料可增大电极的比表面积，从而有可能提高电双层的静电容量。迄今为止，已有多项关于在电双层电容器电极材料中采用碳纳米管的研究成果发表。
在新产品展示会上，对电双层电容器进行了演示。一种是可瞬间释放大功率的演示，仅仅1秒钟即可将10W的太阳能电池板给电容器模块充了10秒左右的电力全部放掉，将装有钢珠、重15千克的容器移动 lm。另一种演示是电双层电容器在便携终端上的应用，将电容器模块接到索尼“VAIO”笔记本电脑上，取代锂离子充电电池，通过家用插座给电容器迅速充电约10秒后， VAIO可工作1分钟。当然，实际使用时1次充电可驱动的时间要长得多，而作为使用过程的一种演示，不可能观察全部可驱动时间，因此演示只驱动1分钟。每种演示均使用了将6个方形单元组成一列的电容器模块。额定电压方面，每个单元为 2．7V，模块约为16V。据称，将首先面向汽车和机床，为其提供单位重量能量密度高达40Wh／kg的产品样品。
锌锰电池奠定了便携式电源的地位，在收音机普及全球的上世纪中叶曾一度大显身手；碱性电池的问世，以其长效电力在各种信息商品急速成长的数字时代，满足了消费者更高的需求；电双层电容器蓄电系统进一步发展，电动汽车就有可能取代现在的以汽油为燃料的汽车。不久，“家用蓄电库”也有望实现，届时，人们不仅从太阳光、风力以及燃料电池等无污染性能源中获取电能，还可以不断地将这些电储存在蓄电库里备用。这样，就不再需要大规模的发电站，也不需要会产生损耗的输电线，电双层电容器真可谓前途无量。在人类文明的发展历程中电池始终扮演着支持新的电器产品开发的角色，如今又肩负起了新的能源革命的历史重任。