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韩国科学家开发新型锂电池充电速度最高提升120倍

韩国蔚山国家科学技术学院近日开发出一种快速充电碳化锂离子电池，比普通锂电池的充电速度快30～120倍。该研究团队相信，他们可以用新型锂电池为电动汽车制造一个电池组，未来给汽车充满电仅仅需要一分钟。这项研究成果发表在国际性期刊《应用化学》周刊上。

充电电池的一个主要问题是电池越大，充电时间越长。通过将大电池分成数个很小的电池，或许就可以解决这个问题。韩国科学家采用了一种纳米微粒制作电池。传统的电池是用粉末状的纳米粒子材料来形成能够储存和释放能量的紧密多层的结构。新型电池也使用同样的纳米粒子材料，但这种材料首先在含有石墨的溶液中分解，之后碳化形成覆盖电池电极的紧密导体网络。

具体来说，韩国科学家使用阴极材料——标准的锂锰氧化物(LMO)，把它浸泡在一种含有石墨的溶液中。然后，将经石墨浸泡的锂锰氧化物进行碳化处理，石墨就会变成一个穿越阴极的导电网。这个新阴极接着被电解质和石墨阳极包起来。整个碳化石墨网络就像血管一样运作，允许电池的每个部分同时充电，结果就是，新电池中所有能够蓄积能量的粒子都能在同一时间补充电量。而传统电池中同样的粒子则是按照从最外层到最里层的顺序依次充电，这样，新电池充电所需时间只占到了现有电池充电所需时间的1/30～1/120。电池的能量密度和循环寿命等因素似乎都没有变化。

无论从哪点来看，这都是一种标准的锂电池，这种技术可以应用在各种采用锂离子电池的设备中。“这项研究的不同凡响之处在于，它克服了现有锂电池的局限性，”蔚山国家科学技术学院的教授邱宰非(音译)说，“我们将进一步开发出能在一分钟内完成充电的电动车新型充电电池。”

美国科学家发现硅海绵可替代锂离子电池中的石墨组件

据物理学家组织网近日报道，美国莱斯大学的科学家研究出一种方法，用硅海绵替代石墨作为锂离子蓄电池内的元件，研制出持续时间更长且性能更强的电池，用于商用电子设备和电动汽车上。

硅是地球上最常见的元素之一，能替代石墨作为电池内的阳极。此前该研究团队就发现，多孔硅吸收锂的能力是石墨的10倍。这是因为硅吸收锂离子后会延展，像海绵一样的构造赋予硅在电池内部生长的余地，同时也不会对电池的性能造成损害。2010年，该团队发现当硅海绵拥有1微米宽、12微米深的小孔时，能在电池领域大展拳脚，但当时的固体硅基座无法吸收锂，仍然有待改进。

在最新研究中科学家发现，用来制造这些小孔的电化学蚀刻过程能将硅海绵同基座分开，基座接着可以被重新使用，制造出更多硅海绵。研究人员称，从一个标准的250微米厚的硅晶圆上，至少可以提取出4块这样的硅海绵。而硅海绵从硅晶圆上提取出来后，上、下都是打开着的，通过将其浸入导电的聚合物黏结剂聚丙烯腈内，就可大大增强其导电性。

科学家由此得到了一块坚硬的薄膜，它能依附到一个集电器上并放置于电池结构内，最终制造出了一款锂离子电池，其放电能力高达1260毫安时/克，这使其使用寿命更长。

研究人员在比较中发现，未使用薄膜的电池，其初始放电比容量是757毫安时/克，但第二次充放电循环之后，放电容量就开始迅速下降，在经过15次循环后消失殆尽；而经过处理的薄膜在4次循环后即开始增加放电容量，多孔硅表现得特别明显，经过20次循环后，电池的放电容量仍然完好无损。

目前，科学家正在研究能大大增加充放电循环次数的技术，希望能研发出可持续使用几年的电池。

日本欲整合资源量产锂电池材料

日本吴羽、可乐丽和伊藤忠商事将联合政府系基金“产业革新机构”，量产能使电动汽车等环保车充电时间减半的锂电池尖端材料。计划在日本、中国和北美启动新工厂建设，今后还将呼吁日本相关材料厂商广泛加盟。

日企在环保车和相关材料领域处于领先地位，但中韩企业紧追其后。日本希望通过民间企业与政府系基金联手将尖端技术集中起来确保其主导地位。此次联合建立的新公司量产的是电动汽车和混合动力车用锂电池的主要负极材料。计划出资200亿日元建设新工厂，其中“产业革新机构”将出资100亿日元，成为出资50%的最大股东。

吴羽等公司已开发出将植物材料加工成碳用作负极材料的技术，除了可以将插电式混合动力车等环保车的充电时间缩短一半以外，电池耐用性也可以提高3成。

联合公司将从2014年开始在日本国内进行量产，之后在中国和北美等地建厂生产。预计使用新技术生产的电池将装配在日产和本田的电动车及混合动力车上。

联合公司除了生产新型负极材料外，还将广泛呼吁在锂电池其它主要材料方面拥有全球较高市场份额的日本材料厂商加盟，基本构想是在2017年之前实现各日企汇总技术共同开发基础部件，目前已与部分厂商展开协商。

胶体量子点太阳电池转换效率创造新纪录

加拿大多伦多大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科研人员称，借助在胶体量子点薄膜领域获得的突破，他们利用低价材料制成了迄今为止效率最高的胶体量子点太阳电池，转换效率可达7%。这比此前同类电池的转换效率提升了37%，创造了新的世界纪录。相关研究报告发表在近期出版的《自然·纳米技术》杂志上。

量子点是纳米尺度的半导体，基于包括可见光和不可见光在内的全光谱收获电能。与目前缓慢而高昂的半导体生产技术不同，胶体量子点薄膜的制造速度很快，成本也低。这为制造基于灵活、柔性基座的太阳电池铺平了道路，与报纸的大量印刷具有异曲同工之妙。此前，胶体量子点太阳电池的性能一直被薄膜内纳米粒子较大的内表面面积所制约，而科学家此次通过将有机化学和无机化学相结合，完全覆盖了所有暴露的表面，从而实现了新的突破。

为了提升效率，研究人员需要一种方式来减少电子陷阱的数量，同时确保薄膜十分密实以尽可能多地吸收光线，即所谓的“混合钝化处理”解决方案。此次研究的主导者、多伦多大学电子工程系教授泰德·萨金特表示，通过在合成量子点后立即引入小个氯原子，能够修补以前无法触及的角落和裂缝，使其不再形成电子陷阱。然后科学家会利用短的有机链来约束薄膜中的量子点，使其更为紧凑。阿卜杜拉国王科技大学的研究也证明，“混合钝化处理”方式能够制造出内部紧凑堆积纳米粒子的最密集的薄膜，这有助于制造出更经济、更高效耐用的太阳电池。

瑞士联合欧洲13国进行光伏薄膜电池技术攻关

最近，瑞士国家材料科学与技术实验室(EMPA)联合欧洲13国向欧盟递交了先进太阳能薄膜电池以及光伏发电装置的申请。该项目申请欧盟投资1000万欧元，旨在开发出价格更便宜、效率更高的太阳电池材料和薄膜生产技术，以降低光伏发电装置的成本，提高欧洲在光伏发电领域的竞争力。

EMPA已通过研究证实，薄膜太阳电池与传统的硅太阳电池相比，更有效利用材料和降低光伏发电设备生产成本的可能性更大，比如用硫族材料中的铜铟镓硒制成吸光薄膜，其厚度仅为硅太阳电池的1/100。然而目前的生产方式通常是基于真空沉淀过程，很难形成大面积，而且需要昂贵的生产设备。为了解决这个问题，该研究项目将研发用电子法替代真空法沉淀纳米结构材料的薄膜技术，并使新技术具有应用性和推广性。

该项目将于2015年年中完成。EMPA此项目研究负责人Ayodhya Tiwari介绍，该关键技术的突破，不仅可提高光伏薄膜电池及光伏发电设备效率、减少生产费用，而且可以广泛运用在其它领域，比如用来制造智能窗和电池等。

零售商开始销售Horizon便携式微型燃料电池产品

新加坡Horizon Fuel Cell Technologies日前宣布，该公司的突破性微型燃料电池产品开始店内销售，包括Horizon MINIPAK微型燃料电池充电器、HYDROSTIK储氢罐和HYDROFILL个人加氢机，这对该公司和整个产业的发展来说都是一个重大的里程碑。

Horizon的产品自两年前在国际消费电子展(CES)上亮相以来，已经在设计上取得了很大的改观，成本也大幅降低，并且还获得了CE认证。开始销售Horizon便携式微型燃料电池产品的主要零售商包括北美最大的户外休闲用品零售连锁企业REI。很多销售店面都准备在美洲、欧洲和亚洲出售Horizon的产品。

零售价99美元的MINIPAK是世界上成本最低的燃料电池电源产品，也是唯一使用可充装金属氢化物燃料罐的产品。它采用了无毒燃料或材料，经国际航空运输协会核准可用于客舱。该产品为出门在外的专业人士提供实用的便携式能源，在进行徒步旅行、露营或经过偏远地区等没有电力供应的情况下，这款产品能提供更持久的电力。与周围空气中的氧发生反应后，MINIPAK燃料电池将储氢罐(HYDROSTIK)中的氢转换成电和微量的水，所产生的电力通过标准的5 V USB介面提供给用户。

可反复使用的HYDROSTIK储氢罐成为所有微型燃料电池的标准，将运用到更多创新型的Horizon设备中。HYDROSTIK储氢罐含有金属合金，将氢吸附到其晶体结构中，并以低压的方式将氢释放出来。这是一种可逆储氢方法，针对任何形式的氢储存提供最高能量密度，其能量密度甚至高于液态氢。与传统电池不同的是，这些储氢罐能够以更低的成本储存更多的能源，并且不包含任何对人体有害的重金属或有毒液体。Horizon公司还与全球性的麻省理工学院微观装配实验室(MIT FAB LAB)和英国的Arcola Energy联手展开了一个以HYDROSTIK储氢罐为核心的产品开发项目。

更令人惊喜的是，HYDROFILL个人加氢机可对HYDROSTIK储氢罐进行反复充装，这与一次性燃料罐相比有明显优势。HYDROFILL是一种微电解装置系统，可以自动为HYDROSTIK金属氢化物燃料罐补充燃料。它含有一个标准的交流电插头，也可接受小型太阳电池板或风力涡轮机产生的直流电。

未来几年内，Horizon计划采用各种原料，如甲醇、丙烷、天然气，未来还有可能是生活垃圾，来打造一款低成本、随需供氢的无线解决方案。Horizon创办人之一Taras Wankewycz说：“想像一下，永远不必去加氢站是什么样的感觉。HYDROFILL只是一个开始，未来我们将带来更多创新。”

美国将研制太阳电池与燃料电池军用发电机组

美国洛克希德·马丁公司与美国海军研究办公室签订了一份合同，将设计和研发固体氧化物燃料电池发电机组，以替换传统的战场发电设备。洛克希德·马丁公司计划将燃料电池技术与太阳能板集成，为军方提供执行任务所需的电力，同时极大地减少燃料的使用量。

目前，全世界使用超过10万部军用发电机，为照明、空调、计算机、无线电台以及指挥与控制系统等供电。固体氧化物燃料电池能够通过化学反应将燃料转化为电能，其效能比当今战场上燃料消耗最大的柴油发电机所使用的内燃机高出30%～50%。由于燃料电池仅需较少的燃料就能产生等量电力，因此有望节省数十亿美元的作战成本，同时减少军方运送燃料的人员的伤亡。

固体氧化物燃料电池发电机组的研发项目为期32个月，研制工作完成后，洛克希德·马丁公司将演示和交付1套多千瓦级JP-8兼容燃料电池高效电源，供美国海军陆战队评估使用。该合同价值约300万美元，旨在使战术发电所需的燃料总使用量减少50%以上。

新型超薄固体氧化物燃料电池在氢燃料耗尽后仍可发电

哈佛大学材料科学家通过采用低温运行和使用纳米结构氧化钒作为阳极材料，研发出一种新型超薄固体氧化物燃料电池，既可发电，也可以存储电化学能量，即使氢燃料耗尽仍可持续运行一段时间。

传统的固体氧化物燃料电池使用铂做电极，在电化学反应停止之前，电池只能发电约15秒。新型固体氧化物燃料电池使用铂和氧化钒双层阳极，在没有燃料的情况下，可以继续运行的时间高达14倍以上（3分30秒，电流密度0.2 mA/cm2）。研究人员认为，理论上这种氢燃料电池可用于小尺寸便携式设备，如无人机，因为额外提升储存能量，可以显著延长设备的使用时间。研究人员将在两年内对该电池进行应用测试。

美国宇航局开发汽车氢气燃料电池

英国牛津的Cella Energy公司和美国宇航局的肯尼迪航天中心达成协议，共同开发氢气燃料技术，目标是将来能够在大部分交通工具上运用这项技术，比如汽车、飞机甚至是宇航服上。

Cella Energy在美国有一家子公司，该公司研究氢气的储存技术，将氢气储存在由氢化物材料制成的小球里，能够很好地将氢气在常温下以液体形式保存。不过该公司仍然有一定的技术障碍需要克服。项目的最后一步就是要将储存在氢化物小球中的氢气应用到汽车燃料电池中，通过氢气和氧气的结合来产生电力。而这恰恰是肯尼迪航天中心最擅长的科技工作，他们曾在太空飞船上采用过这项技术。

肯尼迪航天中心的合作发展经理Robert Hubbard认为这项技术拥有巨大潜力，并表示在测试中，氢气被储存在氢化物小球中，化学状态非常稳定。他还表示如果该技术能够成功推向市场，那么整个汽车市场的氢气储存和燃料电池工业将被带动起来，向更安全更简便的目标前进。

Cella Energy和美国宇航局签署的协议称为“太空行动协议”，该协议有效期为5年。

丹麦推出全新电动汽车一次充电行驶800公里

丹麦三家公司联合推出了一款全新的电动汽车，充一次电就可以行驶800公里，让电动汽车从此“扬眉吐气”。

这款QBEAK蓄电池/燃料电池演示车使用生物甲醇来改善电池的连续使用时间。其中一家研发公司的首席执行官摩根斯·洛克介绍说，生物甲醇要比汽油和柴油好用得多，因为它们产生的二氧化碳会少很多。生物甲醇由燃料电池转化生成电能，这一过程中产生的废气热量则被用来给汽车的暖气和空调设备供能。燃料电池设计师迈德斯·弗里斯·詹森也强调说，生物甲醇的确是一种更加便宜而且充足的燃料，二氧化碳排放比汽油降低70%以上。

除此之外，新型电动车在技术上还得益于一项创新性的底盘设计。摩根斯解释道：“我们使用的不是一块固定的蓄电池，而是在底盘上设置了6组电池模块，可以使用模块中的电池或者用其它任何种类的能源为其充电。凭借我们先进的制造技术，可使该车达到真正的轻量级，只有425公斤，而充一次电能行驶的路程将达到前所未有的800公里。”

QBEAK电动车还采用专利技术的轮式驱动电动马达，最高时速可达120公里。据悉，这款车在今年五月份就已经吸引了英国查尔斯王子的注意。当时他正在丹麦访问，他对这款电动车表现出了浓厚的兴趣。

美国能源部声称，直接甲醇燃料电池比其它绿色燃料比如氢更好储存，因为它是一种液体，所以更容易运输及通过基础设施供给。

这款QBEAK蓄电池/燃料电池演示车预计在2013年问世。QBEAK电动汽车研制项目部门预计今年晚些时候再推出一款电池充电电动车，续航里程可达300公里。

新型镍铁电池电极材料提高充放电速度近千倍

美国斯坦福大学最近发明了一种新型镍铁电池电极材料，能在2分钟内完成充电，30秒内完成放电，提高充放电速度近千倍。

这项发明由斯坦福大学化学系教授戴宏杰和他的博士生王海梁等研究人员完成。由王海梁担任第一作者的论文发表在《自然通讯》杂志上。王海梁介绍说：“新技术可作为电动汽车锂电池的补充，提高启动效率，在加速时快速提供能量，或在刹车时快速存储能量。此外，可作为飞机、坦克、导弹和火箭等军用产品的启动电源。它在手机和电脑等小型电器上也将有很大的使用前景，几分钟内解决原本需要数小时的充电过程。”

爱迪生早在1901年就发明了价格低廉、安全性能好的镍铁电池，能持续充电并保持长时间寿命，被大量使用在铁路、矿业和电动汽车上。但这种电池存在充放电速度慢、单位体积储存电能少和充电效率低的缺点。戴宏杰和他的研究团队正好解决了镍铁电池充放电速度慢的缺陷。他们在碳纳米管或石墨烯等新型碳纳米材料上生长活性电极材料的纳米晶体，这种复合电极材料具有传统电极材料无法比拟的优异电化学性能。

王海梁说：“新型电极材料和传统电极材料具有同样的化学成分，工作原理也一样，但它们的结构不一样。纳米晶体在石墨烯或碳纳米管上的控制生长以及它们之间的相互化学作用，可有效促进电荷转移和电子传输，从而极大提升材料的电化学性能，使充放电速度提升近千倍。”

迄今最轻的石墨材料问世 由99.99%的空气构成

英国基尔大学和德国汉堡科技大学的科学家们研制出了迄今为止全球最轻的材料“飞行石墨”(Aerographite)，其密度仅为0.2毫克/立方厘米，虽然它看起来像一块黑色不透明的海绵，但却是由99.99%的空气构成。研究人员表示，新材料性能稳定，具有良好的导电性、可延展性而且非常坚固，因此可广泛应用于电池、航空航天和电气屏蔽等领域。该研究成果发表在《先进材料》杂志上。

“飞行石墨”是由多孔的碳管在纳米和微米尺度三维交织在一起组成的网状结构，尽管质量很轻，但弹性却非常好，拥有极强的抗压缩能力和张力负荷。它可以被压缩95%，然后恢复到原有大小。它还能吸收几乎所有光线。

因为其独具的特性，“飞行石墨”可以被安装在锂离子电池的电极上，这就使电池需要的电解质溶液很少，电池的质量由此大为减轻，得到的小电池可以用在电动汽车或电动自行车上。其未来的应用领域还包括让合成材料具有导电性，困扰很多人的静电干扰可能会因此得以避免。

另外，“飞行石墨”还可以应用于航空航天和卫星领域所用的电子设备上，因为这些设备必须能耐受大量的振动。新材料也有望应用于水净化方面，作为吸附剂吸附水中的污染物，因为它能氧化或分解并移除水中的污染物。其卓越的力学稳定性、导电性以及表面积大等优点也会让科学家们大大受益，甚至还可以用于恒温箱或通风设备以净化环境空气。