通往轻量级电池之路

在便携式和移动电池技术的发展和进步中,重量是一个关键因素。电池尺寸和重量的逐渐减少使移动技术的采用在过去几年里蓬勃发展。以手机为例,1973年的第一款便携式手持移动电话 重达2.4磅 (超过1公斤),并且在需要充电10小时之前只持续30分钟。目前的智能手机可能重约150至230克,取决于尺寸,在需要充电前可持续8或9小时。 

更小、更持久的电池也让笔记本电脑、平板电脑、智能手表和其他便携式技术在这些年变得越来越突出。

在车辆等更大的应用中,情况如何?在过去的几年里,一定重量的能量密度的增加无疑使电动车行业获得了牵引力。尽管如此,电池仍然占据了电动汽车总重量的很大一部分,最高可达 占汽车总质量的百分之三十. 由于较重的车辆需要更多的能量,因此需要更多的电池,人们关注通过减轻车辆的重量来提高能量储存的效率。如果要采用卡车、船甚至飞机等大型车辆的电动替代品,这一点尤其重要。

减轻电池的重量

不同的研究人员有多种方法试图实现这一目标。在最近发表的一篇文章中 研究美国斯坦福大学和能源部的SLAC国家加速器实验室的科学家们成功地设计了一种比现在的集电体更轻的新集电体80%。

每个电池都有两个电流收集器,一个连接到每个电极,以分配流入或流出电池的电流。根据科学家们的说法,这个部件一直被认为是死物,因为很难将其纳入到提高电池整体性能的过程中。此外,它可以占到电池总重量的15%到50%。因此,改进这一单一部件可以大大减少电池重量,提高电池效率。

新的电流收集器设计利用了聚酰亚胺,一种嵌入了阻燃剂并涂有超薄铜层的轻质聚合物。集电体的减重转化为16-26%的能量密度的增加。

在另一个例子中,弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所(LBF)的科学家们已经减少了 电动汽车电池 重量由 改变电池组外壳的材料.使用纤维塑料复合材料来取代目前电池组的铝外壳,他们能够将电池组的重量减少40%。据该研究所称,由于增加了集成功能,这也增加了电动车的范围和动力。

特斯拉的计划是 整合电池组 将电池直接装入汽车结构也是电动车制造商减轻电池重量的另一种方式。特斯拉计划让电池组成为汽车结构的一个组成部分,而不是把电池装在一个单独的外壳里,去除多余的质量以减轻电池组的重量。 

轻型电池的好处

正如移动电话所证明的那样,电池的尺寸和重量的巨大减少是可能的,尽管可能需要几十年的时间才能使技术足够成熟。虽然我们的智能手机和笔记本电脑的电池已经减少到一个相对可控的尺寸,但仍有许多行业将从更轻的电池中受益。 智能服装 和医疗设备可以通过更轻、更紧凑和更高密度的电池进一步推进。 

最特别的是,卡车等大型车辆的电动替代品。 船只,和飞机 如果电池的能量密度增加而其重量减少,将更有利。不过未来是光明的:最近,尼亚加拉大瀑布开始使用 两艘完全电动的渡船 这标志着海运业在采用电动替代品方面向前迈进了一步,推动了对更轻、更节能的能源储存的需求。

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阿尔滨团队

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