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前沿 电池战:日本研制出容量超8倍的新电池,看中国企业如何应对?

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来源丨科技学术派

提到电池,大家在生活中用得也不少。但是随着现在生活质量的提高,是不是感觉我们用的地方很少了。

但是在这两年的新能源汽车上又让我们看到了电池的身影,而汽车上的锂电池现在也是在不断地创新。


在这个行业中,不得不说日本是很先进的,而最近他们又研制出了一款名叫锂硫电池的新型电池。这种电池的容量已经超过了普通电池的8倍。

而这款电池和我国的相比有什么区别?

锂硫电池

在电池的分类上,锂电池是包括锂硫电池的;锂硫电池主要由正极、电解质、隔膜和负极等组成。

其正极材料硫元素是由八个硫原子组成的冠状结构,具有非常稳定的热力学性能,硫元素的充放电性能与硫键的断裂和重组有关。这也使锂硫电池成为了具有吸引力的下一代。

而日本的公司研发的这个锂硫电池,其实就是一种使用硫作为电池负极的物质,锂作为电池的正极。

根据相关数据表明,一款锂离子电池它的体积为8立方厘米,它是利用计算机的最新模拟技术优化的正极材料,充电放电的次数可以达到2.5万次。

如果你按照每天充电放电一次来算的话,那么使用寿命有70年。

而现在主要用的地方就是汽车上,新能源汽车现在的需要,已经可以说是制造业的一个重要项目,而日本也是在这个电池的研发上投入了很大的功夫,从而进行推动日本的经济发展。

但是在实际的生产中电池中所用到的就是硫,并且硫很难提取,虽然单质硫的储量很多,并且价格也不算高,在之后真的实现后,取材是很充足的。

单质硫其实就是黄色的晶体,又被称为硫磺,在硫元素自然界中是以硫化物,硫酸盐或单质形式存在的硫单质,在水中很难溶化,但是在乙醇中它就会溶化一点,在二硫化碳它就溶化得非常的快。

并且在医疗上有一定的作用,它可以制作硫磺软膏,可以治疗一些皮肤病;还可以用于化学肥料,在硫酸的肥料消费量达到了70%以上,磷肥它最耗的就是硫酸;在食堂中,硫磺氧化变成二氧化硫气体之后,可以用来漂白。可不要小看硫它不止这一点点用途。

其实日本早在上个世纪70年代中就涉及电池了,只是由于研发的过程原因,所以现在才把电池公布。

同时也是在科技的不断发展,传统的电池已经不能很好地满足现在的电子设备了,在这个情况下就很需要电池能有更大的能量,并且还具有更高的安全性。

在研发过程中,电池中所使用的金属锂和硫放在一起,还会发生氧化还原反应,这个传统的电池反应物嵌入材料中和特定位置的原理是不相同的。

所以在相关的放电过程中,操作还是需要专业的人来进行的,在这其中不仅仅要把中间的产物,在溶解过程中进行电解质,还要避免物理扩散所产生的性能影响。

虽然有这么多的问题,但是还没有结束。

其中还要进行后续的活性物质利用率的提高和研究,并且为了能提高电池的使用寿命更加的长久,也进行了对离子的扩散速度进行提高。

从这些繁琐的过程可以看出锂硫电池的研发过程,并不是很意外的事。

锂硫电池存在的问题

如果电池生产出来,因为成本高,价格贵,所以造成推广没有效果,那么研发出来的强电池也没有什么意义了?

另一种情况就是日本在研发这种电池时,虽然在实验室中获得了不错的数据,但是也存在多个问题没有解决。

从实验室走出来,所取得的效果是完全不一样的,在量产的问题上,也有很大的困难。

而这些原因主要是因为锂硫电池的硫很难处理,单质硫导电效果不够理想,硫的电阻很大,放电导致体积膨大,从而减少电池的容量。

而日本宣传的是锂硫电池能是锂电池的8倍电量,这个说法是不现实的。

仅说走出了实验室就很难实现,作为大容量的电池前景非常好,但是真正能用在市场的应用和普及还是需要时间的。

同样面临着非常多的问题需要去解决,在这个漫长的过程中是需要慢慢发现的。

还有就是在电池的成本上,过高的话,就会达到燃油车的生产成本,那么消费者可能未必会选择这款电池。

而目前日本在新能源方面已经使用了氢能源应用在汽车上了,效果也很不错。而且也发展出了专利技术,在这一领域日本的确先进。

虽然说有氢能源,但是日本还在坚持研发自己的能源,在能源开发和升级方面,日本是会和大家一起努力向前的。

而看到这里朋友们是否有些担心呢?就是我国在电池研究方面还需要大步前进,但是就目前阶段中还是相同的。

目前我国不仅有锂电池还有镍氢电池,其实在之前我国就已经完成了稳定锂硫电池的工作。

虽然在容量上还没有得到明确,但是它能达到的理论容量足够用了,再加上现在我国在新能源上的补贴力度,能让更多的企业在研发上很有信心。

燃油和新能源

其实我国在电池领域已经取得成功了,而且每次科研的突破都会超越之前的难关,在电池的续航能力上也得到了翻倍。

在大容量电池上我国也是付出行动了,而锂电池在动力上很有成效,能达到单次充电续航超过200公里,并且能循环充电上千次。

我国的一辆燃油车行驶十年,一般要花费8万元的燃油费,但是一辆国产的锂电池汽车使用十年只需要1万元左右的费用,就按照现在生产技术的提高,在锂电池的生产工艺和产量上,成本都在控制着下降,造价几乎与镍氢电池相近。

而现在大容量电池也是不断地进展,目前所面临的问题就是使用十年左右,进行一次电池的更换,如果到那时有价格更低的电池组更换,就不会存在和现在的一样,更换几次电池和燃油车的费用相同了。

锂电池的问题

而锂电池现在还不能投入量产,还存在着几个原因:第一就是单质疏导电性差,会影响到电池的性能;第二就是硫的电阻比较大,放电会形成变热,从而膨胀;第三就是单质硫反应易溶于有机物电解;第四就是硫在蓄电池充电的过程中,它的体积会发生很大的变化,也会存在损坏正极的结构。

新能源汽车的出现就是为了实现环保、绿色,随着这个产业正在一步步的深入,全世界都在大力的发展动力电池产业,对于电池也被各个国家积极的研制起来,每个国家都想要让自己研发的电池更好更持久,特别是安全性能可以得到更好的保障。

所以使用的寿命更长,在以后锂硫电池也会更加地完善,到时候锂硫电池的续航能力将会有更大的突破,使用的寿命会更长。

锂硫电池的缺点

此外这类电池的老化速度也很快,尚不能达到工业要求的最少 1000 次的充放电循环次数,研究人员认为老化速度的快速下降的原因之一是多硫化物的形成。

多硫化物是由锂和硫组成的链状分子,即确保电池化学中能量储存的那些元素,当多硫化物溶解在电解液中时,它们就不能再用于储存能量,从而导致容量下降。

在电池运行时,很多硫化物在阴极形成,然后它们溶解在电解质中并继续向阳极移动;当电池充电时,每个充电周期都会让越来越多的硫化物聚集在阳极上,导致使用的寿命变短。

随着碳中和的既定目标逐渐地明确,新能源的广泛应用开始激活,对锂硫电池的进一步研发和产业化的热情,作为潜在的未来市场应该开始加以关注。


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