MIT让iPhone电池的电量提高一倍,他们是怎么做到的?

2016-08-20 10:30:30     作者:恒亮      来源:雷锋网

据MIT News近日报道,一种新型“锂金属”技术可以在保持电池体积不便的情况下,将锂离子电池原有的离子数量提高一倍。

看过iPhone拆机图解的小伙伴可能都知道,电池占据了相当大的一部分手机内部空间。其实不止苹果,其他的手机厂商们为了保证手机的轻薄质感,同样也要做出一个抉择:要么牺牲待机时间,压缩电池的容量,要么减少元器件个数,选用更轻薄小巧的元器件,这在很大程度上左右着手机行业目前的工业设计。现在,来自MIT(麻省理工大学)能源实验室的科学家们打算改变这一现状。

据MIT News近日报道,一种新型“锂金属”技术可以在保持电池体积不便的情况下,将锂离子电池原有的离子数量提高一倍,进而将电量也提高一倍,或者也可以选择在电量不变的情况下将电池的体积减小一倍,无论上述的哪种做法,都将在很大程度上颠覆现有的电池工业领域。

这项技术来自MIT能源实验室旗下的SolidEnergy Systems公司,该公司创始人兼首席执行官胡启朝(Qichao Hu)在接受采访时表示:“这是电池行业的一个丰碑。”

技术原理

在典型的锂离子电池中,一般是使用锂金属锂合金的氧化物作为正极材料,石墨为负极材料,与非水电解质共同产生化学反应。其可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。而由于石墨本身良好的导电性和本身化学性质的稳定,其不会与电解质溶液发生额外的化学反应,因此被广泛采用为负极材料。在电池工作时,通过正负电极上互补的化学反应产生电子的定向移动,从而为手机等设备供电。

然而,通常作为最优负极材料的石墨也有其局限性。石墨虽然能导电,但毕竟不是金属,因此其内部有限的离子数就成了最大劣势。科学家们一直都希望用锂金属来取代石墨,因为它可以容纳更多的离子。

最早于1996年开始出现的可充电锂金属电池就是基于这一思路研发的。在那时的锂金属电池中,一般使用二氧化锰为正极材料,金属锂或其合金为负极材料,同样使用非水电解质溶液参与反应。但是由于锂等金属的化学性质没有石墨稳定,它们会与电解质产生额外的化学反应,从而产生各种类型的混合物污染电解质,因此大大减少了充电寿命,使得锂金属电池几乎成为不可反复使用的消耗品。另外,这种反应同时会产生大量热,有可能点燃电解质并产生爆炸。加上锂金属电池超高的技术要求,因此一直未能普及开来,目前全球只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

但是SolidEnergy Systems公司的这款新型锂金属电池攻克了以上难题,他们开发了一种新的固液混合解决方案。为了防止与传统的电解质溶液反应,他们在锂金属表面包裹了一层薄薄的固体导电物质,然后又对传统电解质进行了化学改造,在保证导电的前提下降低了其活跃性,并重新设计了电池结构,改善了正负极之间的隔离层材质,使得锂金属在保证离子携带数量的同时可以不与电解质产生额外的化学反应。在确保可以反复充电和安全性的同时,电池电量也得到了成倍提高。

更关键的是,这种新型锂金属电池在现有的锂离子电池工厂就成生产,这使得该技术拥有非常广泛的应用前景。

未来应用

目前,该公司已经对外公布了相关领域的应用规划。在2017年,他们将把这种新型电池提供给智能手机和可穿戴厂商,在2018年,他们会提供新电池给电动汽车制造商。不过,最早于今年11月,他们打算将该技术首先提供给一些无人机制厂商。

胡启朝表示:“目前有许多公司已经使用无人机和热气球为众多的发展中国家带去了免费的互联网接入服务,以及突发性灾难事故的救助服务。我认为这是一件非常重要也非常令人骄傲的事业,因此我们打算在今年11月首先帮助这些企业改善电池的续航问题。”

将这一技术应用在电动汽车领域也着实令人充满了期待。胡启朝表示:“目前电动汽车默认的工业标准是每次充电后至少行驶200英里(约合320多公里)。我们的技术可以减少一半的电池尺寸和重量,同时保持相同的行驶里程,因此在保证电池体积不变的情况下,我们的技术可以让未来的电动汽车在一次充电之后至少行驶400英里。”

在技术日新月异的今天,我们几乎每天都能感受到这世界一些细微的变化,SolidEnergy Systems公司的这款新电池就是其中之一。凭借他们的这项技术,手机、可穿戴设备、电动汽车和无人机等所有用到充电电池的领域,未来都有可能产生更大的变革,我们对此充满期待。

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