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美国莱斯大学开发出喷涂式锂离子充电电池

美国得克萨斯州休斯敦市莱斯大学(Rice University) 的研究人员近日开发出用喷涂工艺制造大面积锂离子充电电池的技术，“可在几乎所有物体的表面上形成电池”（莱斯大学）。相关论文已发表在学术杂志《Nature》上。

该锂离子充电电池由5 层薄膜构成，全部采用喷涂工艺形成。第一层为正极的集电体(CC)层，由碳黑与常用的极性溶剂甲基吡咯烷酮混合后再加入单层碳纳米管(SWNT)的材料构成。第二层为正极材料层，由钴酸锂与石墨粉末的混合材料构成。第三层为隔膜层，由聚偏氟乙烯(PVDF)类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、SiO2粉末的混合材料构成。第四层为负极材料层，由钛酸锂与石墨粉末的混合材料构成。第五层为负极的CC 层，由铜粉分散于乙醇中的“涂料” 构成。CC 层以外的各层厚度为100～150 μm。 开发中难度最大的是隔膜层。最初开发的隔膜层耐久性较差，与正极的SWNT 一接触就会损坏。最后通过在隔膜层中加入PMMA，大幅提高了耐久性。

研究人员把普通锂电子电池里的集电体、正极、负极和两极之间的聚合物隔离层等5 个组成部分变成液体，然后通过喷枪把这些液体喷涂在玻璃片、不锈钢薄板、釉面瓷砖甚至啤酒杯上。在其中一个实验里，研究小组把喷涂电池喷在9 块瓷砖上，然后把这9 块瓷砖连接起来，其中一块瓷砖接上太阳电池，并以实验室的白灯管照射，用太阳电池输出的电力为这组瓷砖电池充电。在电池充满电后，这9 块瓷砖接上一组40 颗发光二极管(LED)，以2.4 V 的电压使排列出“RICE”文字的LED 串灯点亮了6 个小时。

研究小组对这些电池进行了60 次的充电放电测试，证明电池的容量在经过多次充电及放电后只“下降了一丁点”。

研究小组把喷涂电池形容为“电池设计的范式改变”，或许能为太阳能领域带来新发展。该电池的开发人员之一、论文第一作者Neelam Singh 表示：“以涂覆工艺制造的太阳电池和此次的喷涂型锂离子充电电池是能源采集的最强组合。我们可以在这种瓷砖电池的表面安装太阳电池，然后把这种瓷砖铺在建筑物的表面。这么一来，这些瓷砖就可以吸收太阳能，把太阳能转换成电力，并储存这些电力。”

不过，喷涂电池有一个致命弱点：其液体使用有毒、易燃和腐蚀性的电解质，而且必须在干燥和无氧环境中喷涂，这大大限制了它在实际生活中的应用。研究小组正积极解决这一问题，希望让喷涂电池早日变成人人都可以使用的电池。

日本研究出提升锂空气电池效率的新技术

金属空气电池是下一代电池发展的重要方向，其原理为利用金属与空气中的氧气发生反应而放电。理论上锂空气电池的容量可以三倍于普通锂离子电池。不过，锂空气电池在反应时很容易吸收空气中的CO2，而CO2会导致电解液的劣化和电池性能的下降。日本中央大学教授大石克嘉最近成功研究出能有效消除锂空气电池中CO2成分的技术，大幅提升了这种电池的性能。

该技术是在直径约5 mm 的硅棒或铜棒外包裹两层金属薄膜材料，其内层为氧化硅或氧化铜，外层为用以吸收CO2的氧化锂。氧化锂通电后温度上升至700 ℃，将CO2释放到外界。利用这种装置，基本上可以去除空气中含量仅为0.04%的CO2。通过外层氧化锂对CO2成分的不断吸收和放出，电池就可反复高效使用。

大石教授希望用半年到一年的时间把装置的直径减小到1 mm 左右，实现装置的小型化和实用化。他还计划把该装置加工成螺旋状，通过加大其表面积从而更加有效地吸收CO2。

美国研发新技术提高锂离子电池性能

美国莱斯大学和洛克希德马丁公司的研究人员宣称，他们发现了一种通过单晶硅体提高锂离子电池性能的技术。这项技术可以用于电动汽车电池研发，有助于生产能量更强、寿命更长、充/换电循环次数更多的新型电池。

将传统电池中的石墨替换为单晶硅体是该技术的关键步骤。与普通电池相比，使用这项技术生产的新型锂离子电池容量更大，另外一项实验证明，单晶硅体吸收锂的能力是石墨的10 倍。这就意味着，如果这项技术进入商业化生产阶段，电动汽车搭载的锂电池性能和寿命都将得到极大提升。

这项技术是由莱斯大学化学和生物分子工程学院的助理教授Sibani Lisa Biswal 主持的，研究结果发布在美国化学学会主编的《材料化学》杂志的网站上。据悉，该新电池的技术研发工作获得了美国洛克希德马丁公司高端纳米研究中心的支持。洛克希德马丁是美国航空航天制造商，也是目前全球营业额最大的国防工业承包商。

韩国开发出新一代电动车高性能锂空气电池

韩国汉阳大学能源工程学教授宣良国率领的研究小组近日宣布，开发出续航时间达到现有电动车电池5 倍左右的新一代电动车高性能锂空气电池。新研发的电池不仅价格低廉，而且质量较轻，这无疑将对电动车的实用化做出新贡献。

该研究小组用碳代替过去制造电池使用的镍、钴等金属开发出锂空气电池。由于把帮助锂离子往返阴阳两极的电解质换成醚系列的新物质，因而提高了效率。宣良国教授表示：“锂空气电池用质量轻的碳代替沉重而价格昂贵的金属，因此大大降低了电动车的质量和成本。新电池一个单位的能源含量达锂离子电池的10～11 倍，电动车电池包的性能则提高4～5 倍。”

目前，电动车充电一次可行驶的最长距离是160 公里左右，而该研究小组开发出的电动车电池充电一次能往返首尔至釜山约820 公里。宣良国教授说：“如果未来能开发出用于这种电动车的成熟电极，并防止空气中的水分和二氧化碳从两极进入的技术，5年后这种电池就能实现商用化。”

麻省理工学院发现蚀刻图案能大幅降低太阳电池硅用量

高纯度硅占太阳电池的总成本多达四成，如何用最少量的硅发挥最高效率，成为太阳电池制备的重中之重。美国工程院院士、麻省理工学院机械工程系教授陈刚领导的研究小组找到了一种新方法，可以在保持电池高效率的同时，将硅片的厚度减少90%以上，从而大幅降低薄膜太阳电池生产成本。相关研究报告发表在近期出版的《纳米快报》杂志上。

研究人员称，这一途径的秘密在于蚀刻在硅表面的微型倒金字塔图案。他们使用了两束重叠的激光束，以便在沉积于硅之上的光刻胶的表面生成特别的微小刻痕。经过几个中间步骤后，氢氧化钾可溶解未被光刻胶覆盖的表面部分，从而在材料表面产生了倒金字塔图案。每个倒金字塔型压槽的直径不超过1 微米。这种特殊的“织物”结构仅仅使超薄硅晶体的表面积增加70%，光子吸收能力却堪比30 倍厚的传统硅晶体。这种可有效提升薄膜太阳电池效能的新方法有望作用于任意硅基电池。

这项技术在保证硅晶体效率的前提下大大削减了高纯度硅的使用量。它不仅有望大幅度减少生产成本，而且会减轻电池自重，并因此节约所需的电池用料，有效降低薄膜太阳电池的材料成本和安装成本。此外，新技术所使用的设备和材料也是现有硅芯片处理标准零件，因此无需更新制造设备，从而使制造的难度大大降低，将来容易实现规模生产。

迄今为止，研究团队只进行了制造新型太阳电池的第一步，即基于硅片生产了具有蚀刻图案的表面，并借助俘获的光线证实了它的效能提升；下一步则需要增加组件以生产真实的光伏电池，并证明它的能效可与传统太阳电池相媲美。如果一切顺利，新系统可在不远的未来实现商用化，制造出更经济的薄膜太阳电池，而超薄的设计也将使其应用范围更加广泛。

日本新技术使太阳电池光电转换效率提高一倍

日本京都大学的一个研究团队在英国《自然·光子学》网络版上发表文章称，他们研制了一种特殊的滤膜，能使太阳电池的光电转换效率相对于目前普遍水平提高一倍以上。

据日本《朝日新闻》网站报道，目前最普及的硅太阳电池的光电转换效率一般在20%左右，经技术改良达到30%已经很不容易。这是由于太阳光包含各种不同波长的光，而硅能够吸收并转换为电能的只是某些特定波长的光。

京都大学电子工程学教授野田进及其同事开发出一种滤膜，它只允许在目前技术条件下能实现光电转换、有特定波长的光穿过并照射太阳电池，从而提高光电转换的实际效率。这种滤膜由两张铝镓砷半导体膜夹一张6.8 纳米厚的砷化镓半导体膜制成。当阳光透过这种滤膜再照射太阳电池后，电池的光电转换效率可提高到40%以上。

美国研制液态甲醇燃料电池

美国航天局下属喷气推进实验室日前宣布，该机构与南加州大学合作，研制出一种利用液态甲醇产生电能的燃料电池，这项技术将为进一步开发和推广清洁能源开辟新途径。

喷气推进实验室发布新闻公报称，与其他燃料电池相比，这种“直接甲醇燃料电池”在发电时不需要添加任何燃料，也不排放任何污染物，其发电副产品为水和二氧化碳，如此生成的电能相对更清洁。此外，直接甲醇燃料电池还具有设计简单和能量密度高等特点。

公报说，目前使用的一些燃料电池主要以氢为能源，但氢难以储存和运输，而直接甲醇燃料电池克服了这一缺点。

这项研发得到了美国国防高级研究计划局的长期资助。参与这项技术研发的喷气推进实验室前电子化学技术小组主管杰拉德·哈尔伯特说，这种燃料电池今后有望用于国防、军工行业及商业领域，市场前景广阔。

碳纳米管-石墨复合物有望用作燃料电池的高活性电催化剂

美国斯坦福大学由戴宏杰博士率领的研究小组不久前宣布，已经验证了部分解压缩的碳纳米管在酸性和碱性溶液中具有氧还原电催化剂的能力，有望替代燃料电池和金属空气电池所使用的催化剂铂。这项成果已在《自然纳米技术》杂志上报道。

在实验过程中，少壁碳纳米管的外壁被部分解压，创建了依附在内管（碳纳米管-石墨复合物）上的纳米尺寸的石墨薄片。这类石墨薄片中含有极少量的铁以及氮杂质，这有利于催化活性中心的形成及提高催化剂的活性。与此同时内壁保持不变，并保留其导电性，这有利于电催化过程中的电荷运输。因而，新研制的碳纳米管除了有很高的活性外，也具有良好的导电性。而使用单壁碳纳米管就不会有这一优势，因为壁损坏会使电性能降低。

人们通常采用铂作为燃料电池的高活性氧还原反应催化剂，但是铂金非常昂贵，难以实现大规模商业化。由含有铁或钴之类的金属及氮杂质的碳负载材料，能增加可扩展性和降低成本，但这些替代品通常在使用过程中会逐步降低活性。

斯坦福大学的研究人员认为，碳纳米管的催化活性非常接近铂，设计的高活性和稳定性使它有望成为燃料电池催化剂的候选品。

研究人员已制造出用于燃料电池的碳纳米管催化剂实验样品并通过测试。多壁碳纳米管也有可能用于由锂或锌制取的金属空气电池。

拥有纳米尺寸石墨薄片（白斑）的碳纳米管受损的外壁，石墨薄片有利于铁（黄色）和氮原子（红色）形成催化活性中心，该催化剂可使氧还原为水。

东芝推出停电时也可使用的燃料电池

日本东芝公司近日通过日本全国的燃气公司出售其燃料电池“Ene-Farm TM 1-AD”。据了解，“Ene-Farm TM 1-AD”为全球首款在停电时也可使用的燃料电池。虽然燃料电池是利用燃气进行发电的，但此前的燃料电池为了发电还需借助外部的电力。而东芝公司此次推出的新款机型“Ene-Farm TM 1-AD”即使在停电的情况下也能自行发电，最大可持续供应700 瓦的电力。“Ene-Farm TM 1-AD”的价格将由各燃气公司自行决定，估计每台售价在300 万日元左右。

沃尔沃汽车公司启动燃料电池开发项目

继C30 电动车之后，沃尔沃汽车公司正在采取新的步骤发展下一代电动汽车技术。在瑞典能源局的支持下，沃尔沃公司启动了燃料电池开发项目，以增加电动车无二氧化碳排放的行驶里程。开发的目标是研制出两种基于沃尔沃C30 DRIVe 电动车的原型车底盘，并于今年内进行日常交通条件下的试验。

沃尔沃汽车在全球推出了“DRIVe绿色驾控战略”，不久前，这项战略也被引入到中国。而沃尔沃C30 电动车正是“DRIVe 绿色驾控战略”的一个重要里程碑，也是驶向“零排放”未来的重要步骤。如今燃料电池研究的启动深化了这一战略，使沃尔沃再次走在了环保新能源技术的前列。

沃尔沃汽车公司总裁兼首席执行官斯蒂芬·雅克布说：“燃料电池的开发是沃尔沃汽车电气化战略的一次令人振奋的拓展。在蓄电池的成本和体积的制约下，纯电动汽车目前的行驶里程仍然比较有限。燃料电池可能是增加电动汽车行驶里程的一个重要途径。此外，该项目还能使我们进一步掌握有关燃料电池和氢气的更多知识。”

在这个项目中，沃尔沃汽车公司将与瑞典Powercell 公司进行合作。第一阶段是对称之为“里程延长器”的装置进行初步研究，该装置包括燃料电池和一种转换器。转换器的作用是分解汽油并生成氢气。在燃料电池内，氢气转变为电能，用来驱动汽车的电动机。由于流程效率很高，与传统汽车相比，二氧化碳排放显著减少。该技术还可适应可再生燃料。

这项技术预计可在汽车电池组提供的里程基础上将电动车的行驶里程增加250 公里。燃料电池行业期待通过改进技术和大批量生产来不断降低成本，提高效率。

在第二阶段，有赖于瑞典能源局的支持，沃尔沃汽车公司和Powercell 公司将以目前的沃尔沃C30 DRIVe 电动车为基础生产两部试验用车。

斯坦福大学研制低成本高效率电池材料

能源公用事业公司正致力于寻找一些电池，以有助于稳定电网。但是，现有电池用于电网级存储，不是太昂贵，就是不能持续所需的数千次循环。现在，斯坦福大学的研究人员已经演示了一种高效纳米材料的电池电极，能持续40 000 个充电周期，不会明显丧失电荷存储容量。这项工作的领导者是斯坦福大学材料科学与工程教授崔毅，他说，这种电极有望制成新型低成本电池，适于存储大量电网电力。

崔毅的新电池使用钠或钾等廉价丰富的材料，在电极之间移动钠或钾离子，进行充电和放电，其原理与锂离子电池一样，但它做得更便宜。“要并网储电，电池就要很大，使用钠和钾很有吸引力，因为它们是如此丰富而廉价。”崔毅说。这些电池将使用水性电解液，更便宜也更容易使用，胜过锂离子电池使用的有机溶剂型电解质。

研究人员首先采用普鲁士蓝(Prussian Blue)颜料，就是一种铁和氰化物。他们用铜代替一半的铁，用所产生的化合物制成结晶纳米粒子，再把这些粒子涂到布状碳基质上。然后，他们把这种电极沉浸在硝酸钾电解质溶液中。

新电极在40 000 次充电周期后可保持83%的容量，相比之下，铅酸蓄电池只能使用几百个周期，而锂离子电池通常使用1 000 次。这种电极也呈现出99%的能量效率。“你希望，充电时输入的电压和放电时输出的电压相同，”崔毅说，“对比现有的其他任何电池材料，这绝对是最好的。”

杰伊·惠特克是卡内基- 梅隆大学(Carnegie Mellon University) 材料科学与工程教授，也是钠离子电池新创公司阿奎恩能源公司的创始人，他说，这种电极表现出良好的循环寿命，但也指出，它们的充电容量是比较低的：每克材料60 毫安时。相比之下，阿奎恩公司的锰氧化物阴极达100 毫安时。此外，他还说：“它是基于铜，现在，这实际上是相当昂贵的。”

然而，大规模并网储电最重要的指标是每次循环能量的单价，唐纳德·沙德维说，他是麻省理工学院材料科学与工程教授。在这方面，这种新材料具有数万次周期，比其他电池都有优势。“最后归结到成本，如果它们能提供这样的性能，成本大大低于钠硫，那它们就成为优胜者了。”唐纳德说。

除了成本和循环寿命之外，“往返能源效率对于电网储能也非常重要，这样，充电过程中就不会浪费能量。”克里斯托弗·约翰逊说，他是阿贡国家实验室的电池研究员。虽然不知道新电极的成本，但是，它的效率和循环寿命“令人印象深刻”。

迄今制成的电极都是用作阴极。崔毅说，他的小组正在调整这种材料的化学反应，以制备一种阳极。与此同时，他们也在研制原型电池。

河南制造全世界能量最大的潜水器蓄电池

7月16日，在青岛举行的“蛟龙”号载人潜水器7 000 米级海试凯旋仪式上，“蛟龙”号的动力系统受到了相关专家的充分肯定。

据介绍，作为“蛟龙”号主动力电源、辅助动力电源、应急救生电源的深海耐压锌银系列电池，具有质量轻、析气量少的特点，能量超过110 千瓦时，是目前世界上能量最大的潜水器蓄电池。而日本的潜水器蓄电池最大能量为86 千瓦时，美国、法国的仅为40～50 千瓦时。

“蛟龙”号总设计师徐芑南表示，相比国际上现有的大深度载人潜水器，“蛟龙”号有三方面国际领先的技术：稳定的贴近海底自动巡航能力和精确的悬停定位能力，高速数字化水声通信，以及完全由我国自主研制的充油锌银蓄电池。前两项都是中国科学院相关院所攻关完成，而第三项则由河南科隆集团独立自主完成。

“作为整个潜水器唯一的动力来源，‘蛟龙’号对蓄电池的要求非常苛刻。”河南科隆集团董事长程清丰介绍说，“为节省舱体空间，蓄电池必须外置使用，要承受超过700 个大气压的压力，在高温下充电、低温下放电，还要面临倾斜、摇摆等特定条件，挑战前所未有。”

以色列研发电动汽车超级电池瞄准单次500公里行驶目标

据以色列No Camels 网站报道，以色列正在加紧开发单次充电满足500 公里行驶能耗的电池，并把它作为新成立的国家电化学推进中心的主要研发任务。

今年4月，以色列国家电化学推进中心成立。在今后的4年中，它将获得4 500 万新谢克尔（约合1 170 万美元）的国家财政预算支持。该中心由100 名研究人员组成，他们被分成12 个小组，分别来自4 个学术机构。该中心成立的唯一目的是研发能够更加有效存储电能的新技术。

该研究中心主任、巴伊兰大学化学系多伦·乌尔巴赫教授说：“由于政治以及将来的能源短缺问题，石油没有未来。政治家的心态已经发生变化，这种变化已经渗透到汽车行业，最后到电池生产商，他们都希望采用电动汽车。如今，Better Place 公司在其电动汽车上所使用的电池重达300 千克，足以满足电动汽车行驶150 公里的能耗。事实上这对于一般的以色列人已经足够，但他们仍然想要增加电动汽车的行驶里程。而我们的目标是在不增加电池质量和体积的前提下，增加其储电量。”

电动汽车生产商经常会遇到的一个问题是电池放电速度受限，换言之，电池必须在更短时间内释放更多电能，这是电动汽车提速所必需的。因此，该中心正在努力开发超级电容器，可以在预定时间内供应所需的能量。

下一阶段的开发目标就是提高当前电动汽车的电池性能，按照乌尔巴赫的说法：“电动汽车的电池可以进行几百次的充放电，之后就报废，这样是完全不够的，因为我们不能依赖于那些两三年就要更换一次的电池。”