電池內(nèi)部結(jié)構(gòu):鋰離子電池容量大

我們期待著一個(gè)廣泛使用清潔能源的新時(shí)代。作為這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志性場(chǎng)景之一，人們可能會(huì)看到像特斯拉電動(dòng)汽車(teslaelectriccar)這樣的新車在街上跑來(lái)跑去，它們的動(dòng)力不是汽油，而是充滿電的鋰離子電池。屆時(shí)，沿途的加油站將被充電站取代。最新消息是，上海市現(xiàn)在宣布了特斯拉電動(dòng)汽車免牌照政策，并支持他們?cè)谖覈?guó)更快地建設(shè)超級(jí)充電站。

但是，當(dāng)你意識(shí)到電動(dòng)汽車的電池與手機(jī)的電池并沒(méi)有那么大的不同時(shí)，光明未來(lái)的美好前景可能就要被陰云籠罩了。手機(jī)用戶常常擔(dān)心電池壽命。很多人的手機(jī)在早上都是滿的，看到下午就要結(jié)束了，就有必要一天充一次電。筆記本電腦也有同樣的問(wèn)題，可能在幾小時(shí)內(nèi)就沒(méi)電了。電動(dòng)汽車的實(shí)用性一直受到質(zhì)疑，因?yàn)樗鼈冃旭偟木嚯x不夠遠(yuǎn)，不會(huì)崩潰，要經(jīng)常充電。特斯拉(Tesla)目前市場(chǎng)上唯一一款ModelS電動(dòng)汽車是一項(xiàng)壯舉。ModelS是最引人注目的車型，號(hào)稱一次充電可以行駛480公里。

為何電池不耐用?物質(zhì)在一定空間內(nèi)所能儲(chǔ)存的能量稱為能量密度。電池在能量密度方面排名靠后。就每公斤出現(xiàn)的能量而言，我們每天使用的汽油可以達(dá)到50兆焦耳，而鋰離子電池的平均水平不到1兆焦耳。其他類型的電池也在極低的水平上漫游。顯然，我們不能讓電池?zé)o限大;為了提高電池的容量，我們只能專注于提高電池的能量密度，但是有很多困難。這項(xiàng)技術(shù)有什么難的?記者就此采訪了浙江大學(xué)化學(xué)副教授劉潤(rùn)，以我們常用的鋰離子電池(簡(jiǎn)稱鋰離子電池)為例，剖析電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的奧秘。

電解質(zhì)非常重要

由于電子的轉(zhuǎn)移，電池能夠供應(yīng)能量。當(dāng)電池連接到電路時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電流接通。在這一點(diǎn)上，電子會(huì)從負(fù)極逃逸，通過(guò)電路流向正極。在這個(gè)過(guò)程中，電子設(shè)備會(huì)讓你的手機(jī)工作，比如駕駛一輛特斯拉電動(dòng)汽車。

鋰離子電池的電子是由鋰供應(yīng)的。假如你給電池充鋰，能量密度不會(huì)上升嗎?不幸的是，為了使鋰離子電池可充電，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要根據(jù)其專門(mén)的能量密度進(jìn)行評(píng)估。劉潤(rùn)指出，鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含電解液、負(fù)電數(shù)據(jù)、正電數(shù)據(jù)和間隙，每一個(gè)都有自己特殊的工藝要，發(fā)揮著獨(dú)特的功能，缺一不可。這種結(jié)構(gòu)限制了鋰離子電池的能量密度。

首先是電解液，它是電池中必不可少的輸送管道。當(dāng)電池放電時(shí)，鋰原子失去電子，變成鋰離子，然后它們必須從電池的一端跑到另一端，然后在充電時(shí)回來(lái)。劉說(shuō)。鋰離子在電池的南北兩極和不斷地形成了鋰離子電池循環(huán)利用的要害，而電解液保證了它的暢通無(wú)阻。電解質(zhì)就像河流，鋰離子就像魚(yú)。假如通道是干的，魚(yú)不能到達(dá)另一邊，鋰離子電池就不能正常工作。

電解質(zhì)的美妙之處在于，它只攜帶鋰離子，而不攜帶電子，確保電池只有在電路連接時(shí)才會(huì)放電。同時(shí)，鋰離子，根據(jù)電解質(zhì)的不同，以一種有序而明確的方式運(yùn)動(dòng)，因此電子總是朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從而出現(xiàn)電流。

穩(wěn)定的正負(fù)兩極

電解質(zhì)雖然不供應(yīng)能量，但卻很重，是鋰離子電池所必需的。那么，基于石墨的負(fù)面數(shù)據(jù)為何不多呢?石墨是制造鉛筆芯的材料，它不負(fù)責(zé)供應(yīng)電子。劉強(qiáng)東說(shuō)，這是為了確保充電時(shí)間不會(huì)出錯(cuò)。