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美国科学家研制出全球首个自我修复电极 电池寿命延长10倍

斯坦福大学与美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家近日宣布，他们研制出了世界上第一个能自我修复的电极。该电极采用已广泛应用在半导体和太阳电池行业的硅材料制成，而其秘诀就在于包在电极上的高分子弹性聚合物，它能捆住在电极上出现的微小裂缝，并自行愈合，该项技术为研发下一代锂电池开创了新局面。

为了打造轻型高效电池，全球的科研人员都在想办法让锂离子电池负电极存储更多电能，而硅一直被视为最有发展潜力的电极材料之一，因为它能在电池充电时高容量吸收锂离子，并在电池放电时迅速将其释放。但是，硅电极也有美中不足之处：每当电池充电时，硅电极的体积会膨胀至正常大小的3倍，放电后再恢复至原形，于是，具有脆性的硅材料很快就会出现裂痕并脱落，严重影响电池的性能。这一问题在高容量电池的电极中普遍存在。

斯坦福大学博士后研究员、论文主要作者之一王超表示：“自愈功能对动植物的生存极为重要，而我们就想把这种功能应用到锂电池上以延长其寿命。”

王超在斯坦福大学鲍振安（音译）教授领导的实验室中研发了能自我修复的高分子聚合物，后者带领的团队一直致力于研究应用于机器人、传感器及义肢等产品中的弹性电子皮肤，而它正是灵感的来源；另外，为了让聚合物导电，王超往其中加入了碳纳米粒子。

为获得自我修复涂层材料，研究人员有意地采取措施，降低了长链状聚合物中的某些化学键强度，如此处理后的材料容易出现断裂，但是断裂端又能以化学方式相互吸引，很快再次连接起来，如同DNA等生物分子实现组装、重排和断裂的过程。

研究显示，自我修复电极在经过上百次充放电循环后，电能存储能力没有显著的下降。鲍教授说，由于高分子材料能在数小时内修复自身的微小裂痕，因此电池的寿命延长了10倍。SLAC国家加速器实验室教授崔毅认为，现在该电极已具备了实用价值，不过他们仍将继续向更高的目标努力，因为上百次充放电的数据离手机500次以及电动汽车3000次充放电的目标还有相当大的差距。

来自崔毅实验室以及其它地方的研究人员为保持硅电极完整性并改善其性能，对不同的方法进行了大量的研究。虽然有些研究成果得到了商业应用，但多数需要罕见的材料或高超的工艺，因此难以推广。而本次研究采用了已得到广泛应用的硅粒子，崔毅表示这是实用之路的首选材料。研究人员还表示该方法对研发其它电极材料也有效，他们将继续改进新技术，进一步提高硅电极的性能和寿命。

美国伯克利实验室开发锂硫电池新技术

近日，美国伯克利国家实验室提出了一项新技术方案，有望将现有锂离子电池的能量密度提高两倍，同时在一定程度上延长电池寿命。

伯克利实验室所提出的解决方案是，在锂离子电池中，用一种硫氧化石墨烯制成的纳米复合材料作为正极反应物，使其放电倍率高达6C，充电倍率高达3C，同时还能确保较高的能量密度；此外，电池的完整循环充放电次数能超过1500次，单次衰退率只有0.039%。这可能是目前为止锂硫电池所能实现的最高水平。

1500次完整循环充放电如何理解？举例来说，如果一辆电动汽车每天都进行一次完整的从0至100%的充放电循环，那么1500次循环就意味着这辆电动汽车的电池可以使用4年。而常用的锂电池中，钴酸锂的循环次数大约是500次，磷酸锂也只能达到1000次左右。也就是说，随着充放电次数的不断增加，锂离子电池的容量在不断衰退。

所以，在日常使用电动汽车时，电池的电量并不会充满100%，多数保持在40%～60%的水平。其原因一是避免完整的充放电缩减电池寿命，二是在各种温度下降低衰退率，三是为电动汽车的能量制动回收留下空间。所以，像特斯拉Model S这类采用钴酸锂电池的车型，在设计之初就考虑到了电池组的拆卸情形。

据悉，这种新型锂硫电池的单电池结构，比能量可以达到500瓦时/千克，比当前锂离子电池的比能量高出两倍多，即便在经过1500次完整充放电后，其比容量依然可以保持在较高水平(740毫安时/克)。如果要实现目前汽油车辆300英里(约480公里)的续航，那么单电池结构的比能量就必须达到350～400瓦时/千克。理论上这种新型锂硫电池完全可以满足这一要求。

不过，伯克利实验室的技术方案仍然面临着巨大的挑战，那就是电池的寿命。尽管能实现1500次的完整循环充放电，但从实用性和经济性的角度来说，这还远远不够。原因是，在放电过程中，锂离子的多硫化物容易从正极消融，与锂负极发生化学反应生成Li2S，从而形成一个反应屏障，导致电池的容量减少，缩减电池寿命。

目前，伯克利国家实验室正在寻求合作伙伴，希望进一步解决锂硫电池的寿命问题。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所也参与了该项技术的研究。

日本京都大学研发氨燃料电池

日本京都大学研究生院工学研究系的江口浩一教授日前就氨燃料电池的研发内容发表了演讲，这种电池是在日本文部科学省2013年度启动的“能源存储、运输、使用等相关革新性技术开发”项目（简称“能源载体项目”）中推进研发的。

能源载体项目是日本科学技术振兴机构(JST)推进的“尖端低碳化技术开发”(ALCA)中的重点技术领域之一，其一年的研发预算约为10亿日元。能源载体项目由制氨组、用氨组、有机氰化物组、工艺工学组四个团队来实施。该项目计划将氨(NH3)作为氢气源使用，推进这项研发的原因在于液氨的单位体积氢浓度为12.1千克/100升，高于液氢的7.06千克/100升。而且，氨在标准大气压下的液化温度为25℃，比较容易处理；而氢在标准大气压下的液化温度为－242℃，必须在极低温度下保存，这是一大技术课题。另外，利用碳化氢类燃料制造氢的方法会产生一氧化碳和二氧化碳，因此在低碳化方面存在问题。

江口教授是作为用氨组的一员来研发氨燃料电池。研究对象包括固体高分子型和固体氧化物型燃料电池，实际目标是研制出在高温环境下工作的固体氧化物型氨燃料电池。

目前的设计方针是，针对作为家用产品在市场上普及的固体高分子型电池用途，使用熔盐催化剂在650℃以下的环境使氨分解成氢气和氮气，然后在400℃以下的环境去除氨气，再将分解后的氢气输送给燃料电池。固体型燃料电池的固体高分子膜对氨气的耐受性很弱，因此必须去除大部分的氨气——这将成为一大技术课题。

在家用燃料电池中，大阪燃气公司和吉坤日矿日石能源公司等推出的固体氧化物型产品的工作温度高达700～900℃，因此可以使氨与氧气直接发生反应来发电。当然，与此同时也在考虑进行将氨先分解为氢气和氮气，然后再与氧气反应的间接反应。

以氨为燃料的固体氧化物型燃料电池方面，正极的候选材料是镍基金属陶瓷，电解质膜的候选材料是局部稳定化的氧化锆类陶瓷，负极的候选材料是添加了镧锶类的锰氧化物。据推算，其发电效率是现有固体氧化物型电池的45%以上。存在的课题是用来分解氨的催化剂材料，目前正在考虑的候选材料有铁、钴、镍及钌等。

设计方面的课题是，需要研究出氨分解反应器与固体氧化物型燃料电池的配置及运转方法等。

日本成功实施海中燃料电池系统海域试验

三菱重工业公司与日本独立行政法人海洋研究开发机构(JAMSTEC)合作，共同开发出新型海中燃料电池系统，日前成功完成了在实际海域向海中观测设备供应电力的试验，这在全球尚属首例。这款小型燃料电池系统通过在气体循环系统中采用新结构，解决了技术性课题，作为可为海底及海中设备长时间供电的电源而备受期待。

此次试验成功的是固体高分子型燃料电池系统，燃料电池的直径为60厘米，长80厘米，质量在500千克以下，输出功率为350瓦以上。试验时配备在JAMSTEC的海洋调查拖曳船上，潜入水深180米处，同时向2个观测设备供应电力。现已确认该燃料电池系统可稳定供电，并且接受供电的设备可持续进行观测。

海中经常使用载人潜艇、无人探测船及拖曳船等多种观测设备，近年来，随着装置水平提高，观测期间变长，所需电量不断增加。因此，输出容量有限的蓄电池供电能力已显不足，有关方面一直在开发封闭式燃料电池系统。燃料电池与蓄电池不同，只要有氢和氧，就能持续产生电力。

燃料电池系统通常需要使用气体循环装置及加湿装置，无法实现小型化，而且还存在无法避免氢气微量泄漏的问题。三菱重工与JAMSTEC开发的系统通过在气体循环系统中采用新结构，无需使用循环器及加湿器，同时密封电池主体，防止了泄漏。此次试验的成功意味着海中燃料电池系统可以实用化，今后三菱重工与JAMSTEC将继续开发达到实用水准的千瓦级系统。

韩国现代汽车公司发布途胜Fuel Cell燃料电池汽车

在前不久的洛杉矶车展上，韩国现代汽车公司发布了一款搭载燃料电池的途胜Fuel Cell车型。

这款途胜Fuel Cell车身侧部醒目的FCEV(Fuel Cell Elevtric Vehicle)标志象征着它与众不同的地位：加氢仅需10分钟即可将汽车尾部的储氢罐充满，续航里程达到400公里，除此之外，途胜Fuel Cell还有很多不同于其他厂家的“诱人”规定。

根据现代发布的声明，途胜Fuel Cell车型目前只租不卖，而费用标准也类似常用的手机通讯套餐，36个月的合约期，每个月缴纳499美元的租车费用即可使用搭载先进技术的途胜Fuel Cell。现代为Fuel Cell车型专门在一些城市投资建立了加氢站，加氢免费、对途胜Fuel Cell的一般性保养维护免费、道路救援免费（燃料耗尽的救援为有偿服务）。因此，在缴纳了租金之后，途胜Fuel Cell几乎不会再有什么附加费用，当然，停车和洗车的费用还是需要自己支付的。

对于燃料电池，很多人会觉得不安全或是不稳定，而现代经过多年的研究和高强度的测试，已经很有信心打消这些疑虑。Fuel Cell技术完全由现代研发部门掌握，而在途胜Fuel Cell发布之前，现代已经对胜达Fuel Cell和狮跑Fuel Cell这两款车型进行了大量的道路试验，测试总里程达到了32000公里，测试的环境温度、海拔以及路况均考虑到了严酷的情况。

途胜Fuel Cell尾部放置有两个氢燃料储罐，可存储5.64千克液态氢，一个位于后行李舱，另一个位于后排座椅下方。途胜Fuel Cell的整套系统布置在车身后部，为了进一步提升效率，现代还使用了刹车能量回收系统。车内空间因为燃料电池系统的植入略为减少了一点，但这可以忽略不计，不会影响到乘坐的舒适性。电动机可输出134马力，峰值扭矩300牛米，相比于汽油发动机的182马力和240牛米，在加速方面是有所不及，0～100公里/小时加速用时12.5秒，而汽油车型为8.7秒。但是电动汽车所拥有的许多优势是传统能源车型所不能比拟的，而更重要的一点是，途胜Fuel Cell是零二氧化碳排放。虽然加速较慢，但是160公里/小时的极速应该能满足很多人对电动汽车的要求。

美国科学家研制发泡铜电池

电池一直是制约智能手机发展的瓶颈之一，太阳能电站、风电场也深受电池技术限制。这些场所亟需廉价、耐用且电量高的电池来存储电能。

“电池几乎成为了所有用电设备的‘软肋’。”美国科罗拉多州立大学化学家Amy Prieto说。

为此，她成立了一家专门研制电能存储设备的公司。该公司希望推出一款比现有锂离子电池更安全、更廉价、充电更快并且对环境更为友好的新型电池——发泡铜电池。

在Amy Prieto看来，目前市面上的电池最大的两个缺点是：能量密度低，功率密度低。她解释说，前者指传统电池在现有体积下，很难保证智能手机拥有两天以上的续航时间；后者则指电池充电时间长达数小时，而不是几分钟。

Amy Prieto团队希望通过重新设计一系列电池组件，如铜锑化物负极和聚合物电解质材料等来解决上述问题。其中最为重要的设计是，利用一种发泡金属——发泡铜来充当电池负极上的集流体（将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出的部件）。

Amy Prieto认为，相比平面电极，发泡铜材料因具有较大的表面积，可以显著提升电池的能量密度和功率密度。

“而且这种器件还比较容易制造。”Amy Prieto介绍，他们先在发泡铜材料上镀上由铜锑化物制成的负极，然后将负极放置到特定溶液中，让固体电解质在电化学聚合反应的作用下沉积到负极上面，最后制作成电池。

Amy Prieto预计这种电池的制造成本仅为传统锂离子电池成本的一半；同时，在拥有同等电量的前提下，其体积仅为传统电池的三分之二，且充电时间缩短为五到十分之一，寿命却增加了十倍。

这种新型电池还具有更为安全和环保的特性。首先，固体电解质的自燃风险要比液体电解质小得多。另外，在整个制造过程中，该团队选择水而不是其他化学物质来作为基本反应物。“之前我认为这是不可能的，但至少目前来看，用水的效果很好。”Amy Prieto说。

目前，该团队已经成功在一块铜板上制造了电池的二维模型，正在开展三维电池模型试验。“一年之后，电池原型即会面世，届时，我们将请第三方机构对其进行测试。”Amy Prieto表示，“此后，我们还将开展小规模的市场测试。”

美国3M与SunpartnerT echnologies公司联合开发适用于移动设备的透明光伏系统

近日，多元化创新制造企业美国3M与Sunpartner Technologies公司达成协议，双方将在相关产品和技术解决方案上展开合作，以充分发挥3M在创新工程电子材料以及Sunpartner Technologies在透明太阳电池技术领域的优势。双方正在合作开发一款可在移动电子设备使用过程中利用光照为其充电的可持续性无线透明微型元件。这一革命性的技术能够让消费者利用自然光或人造光源为手机和平板电脑充电，从而摆脱电源插座的束缚。

这种创新前沿的消费电子产品能源管理系统主要依赖3M光学透明胶和Sunpartner的光伏表层 (Wysips Crystal)。通过这两种创新材料的结合，可将任何电子设备的表面转化为太阳电池板，并利用自然光或人造光源产生能源。这些光伏电池遇光即被激活，可立即为所连接的电子设备充电或供电，使这些电子设备随时可用，为消费者的日常工作和生活带来很大的便利。

电池续航能力已经日益成为消费者重视的产品购买因素。嵌入到电子显示屏内的Wysips超薄透明光伏层可提供足够的电力以保证为设备充电，因此无需担心电池耗尽。连续太阳能充电将使手机无论在室内还是户外都能随时待命。该无线透明太阳能充电系统还可以无缝接入到各种类型的显示器和移动设备之中，包括手机、电子书、电子货架标签、电子手表、无线传感器等。这种新增的能源生产装置不会改变设备的设计和外观。透明光伏元件连接到电子芯片上，芯片对光伏电池生产的电能进行转化和管理，以便为电池充电。

3M光学透明胶以3M胶粘剂核心技术平台为基础，通过精密制造工艺消除了起泡等常见瑕疵。这些瑕疵可能导致图像显示扭曲，造成消费者对设备的满意度下降。3M光学透明胶完全达到了显示粘胶的规格要求，并可对胶粘剂的功能、活性和性能进行定制。

采用3M光学透明胶的Wysips Crystal不但可用于现有材料和显示屏技术，更着眼于未来的材料和设计发展趋势进行新产品研发。按照协议，Sunpartner Technologies将为全球三大手机厂商设计原型产品。

三菱电机精彩亮相中国国际工业博览会

在第十六届中国国际工业博览会上，三菱电机精彩亮相，全方位展现了三菱电机产品。

此次工博会上，三菱电机在海外首次与日本同步，全球首发新一代人机界面高性能的GOT2000和高性价比的GOT Simple。GOT2000系列主要服务于汽车、FPD、轮胎、纸巾等行业及轴承等中高端市场，为客户带去高品质的同时，可以更好地满足客户对高速、高可靠性、低能耗的要求，并且能与三菱其它产品进行无障碍连接。经济型GOT Simple系列则拥有丰富的基本功能、内置包括以太网和SD卡槽等多种通讯口、高品质画面显示等特点，为以单机设备为主的客户（如纺机、包装、教仪、半导体以及中低端轴承行业等）带去高性价比的同时，既满足了客户的现场功能需求，又提升其产品的附加值。

新品展区还首次展示了FX3系列新一代微型可编程控制器、实现FA综合解决方案的上位监控软件 MC-works、FR-A800全新一代变频器以及MR-JE系列简易型通用伺服。三菱电机全新的产品演绎吸引了大量观众驻足，现场技术人员的专业介绍也给观众留下了专业的品牌印象。

在机器人展区，三菱电机从不同的侧面展示了机器人在诸多行业中的典型应用，尤其突出了三菱电机工业机器人高速工作的优良性能。

此次展会的主题为“A world of solution”。三菱电机不单单局限于独立产品的销售，而是从客户的角度出发，为客户提供全系列、全方位的综合解决方案，进一步为客户创造更多价值。

艾德克斯新一代直流电源开创高压测试新境界

为了满足工程师对于高压测试仪器的迫切需求，给各电子领域的高压测试带来性能优良、功能齐备的电源产品，艾德克斯公司推出了电压高达600V的直流电源系列产品——IT6700H宽范围可编程高压直流电源系列。

在LED、电池、DC-DC转换器等行业，高电压是对电源的基本需求。“工程师需要的不仅是能够在功率、电压、电流范围方面满足测试需求的电源，也是具有高度稳定可靠性和能够精准测试的电源，更是功能完善、能够方便、顺利地应对各种测试的电源。”艾德克斯中国部表示。

IT6700H高压直流电源系列0～600V的电压调节范围和高达3000W的功率可以使工程师在宽广的范围内任意设置输出参数。很多领域的测试，其复杂程度不是单一测试设备可以完成，还需要诸多测试测量设备的配合，一些新的要求正浮出水面，如通讯功能、远端量测功能以及操作简便的编程功能等等。IT6700H高压电源使工程师和研究人员能够通过内置的RS232、USB和GPIB通信接口实现与其他测试测量设备和计算机的远程通讯及控制，这在大型测试中尤其具有重要意义。不管是在面板编程的情况下，还是计算机控制编程的环境中，List(顺序)操作功能帮助工程师使电源按照编辑的序列自动输出，可以通过编辑List操作的每一个单步的值及时间来产生各种输出变化的波形，工程师可以实现的参数设置包括时间单位、单步电压、单步电流、单步时间及是否下一步、循环步骤和是否保存文件等。在保证测试精度方面，IT6700H系列电源也表现得十分出色，不仅机器本身具备100mV/10mA的高分辨率，远端量测功能也通过补偿导线上压降的方式来最大程度维护测试精度。

如果说领先的测试技术孕育了专业、先进的IT6700H高压电源系列，那么出厂之前严格的校准以及重重检测的关卡就是它能够走进电子测试领域应对各种测试挑战的强有力保障。从选材到生产，直至出厂前的质检，艾德克斯建立了完善的标准管理体系。