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锂离子电池的颠覆者——陶瓷叠片式超级电容器 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2009-06-18
    锂离子电池的颠覆者——陶瓷叠片式超级电容器
                           陈秋东   (2009-06-07 11:58:17)
    我们生活在一个十倍速的时代,我们生活在一个新事物不断颠覆旧事物的时代,在短短的十多年里:光驱取代了软驱,VCD取代了磁带录像机,walkman取代了录音机,但mp3又取代了walkman,而U盘大有取代光盘的趋势,家家都有的数码相机几乎让胶卷彻底退出了市场,正当人们在热议锂离子动力电池要取代铅酸电池、镍氢电池的时候,一种由高纯钛酸钡制造的超级电容器却可能彻底颠覆锂离子电池。

   2007年1月16日,美国德州一家研制电动汽车储能装置、名为EEStor的公司打破沈默,对外宣告了他们『里程碑』式的成果:他们的自动生产线由独立的第三方分析验收,其产品的关键物质高纯钛酸钡已经能够批量生产,纯度已经能够达到99.9994%。这意味着可以用这种高纯钛酸钡粉末生产新型的陶瓷叠片式超级电容器,而这种陶瓷叠片式超级电容不仅具有电化学双层电容器具有的高功率性能,高安全性能,长达百万次的循环寿命,更具有两倍于锂离子电池的能量密度,它的量产将可能彻底颠覆锂离子电池。

  按照EEStor公司2006年4月发表的专利,这种储能装置是用高纯钛酸钡粉末涂在树脂膜的表面,干燥后进行剥离,然后切割成型,在极度净化的环境下通过层叠的方式,加工成叠片式陶瓷电容器。由这种陶瓷叠片式超级电容器构成的电源系统,在充电条件许可的情况下,能在极短的时间内充满电并能驱动一台轻型电动轿车行驶300多公里。

  与锂离子动力电池相比,电化学双层电容器具有许多优点,它具有很高的功率密度,能够以1000C的倍率充放电,它具有极长的使用寿命,能够反复充放电近百万次。但是它也有弱点——它的能量密度只有锂离子电池的1/20,即算是近年来日本的生产企业在提高超级电容器的能量密度方面取得了不小的进步,但仍然只能达到锂离子电池的1/10。

  而EEStor公司开发的陶瓷叠片式超级电容器,采用具有极高介电常数的高纯纳米钛酸钡,能量密度大为提高,使电容器的能量密度由原来的每公斤6wh提高到了280wh。是锂离子动力电池100wh的2.8倍。此外,由于该产品为陶瓷叠片式电容器,充放电过程中不存在电化学反应,电容器内部没有易燃的有机溶剂电解液,所以在使用过程中不存在材料的分解问题,其循环寿命高达100万次,且不会出现锂离子电池因为滥用出现过热起火甚至爆炸的安全问题。

  但是,对于EEStor公司的这一产品,由于其原定于2007年底批量上市的计划一直没有实现,虽然去年在网站上公布了他们申报的4个专利,随后又和美国的军火供应商洛克希德飞机公司签订了战略合作协议,今年初,美国著名的Tesla电动汽车公司又宣称与他们合作推出新型电动汽车。但人们还是没有看到他们产品的真面目,一切都让人感到扑簌迷离。也正因为如此,引起了众多专家学者的质疑。加州大学戴维斯分校的安德鲁(Andrew Burke)是运输能量系统的专家,他对EEStor的发明依然感到怀疑,他认为他们的技术离现实还有一段距离。他說:“假如这项技术最后比我想象的要好,我只会为他们高兴,因为这是新兴能源产业的一大进步。”

  另一位专家、曾在福特汽车公司做了18年工程研究的超級电容专家吉姆•米勒(Jim Miller)也觉得这种说法不太可信。“我们怀疑的第一点就是自放电,因为高压电容器有一个快速自我放电的趋势,也就是说,虽然你将它充满了电,但如果你把电池放一个晚上,它就没有电了,那么早上要用的时候,你还是要充电。”他也不相信陶瓷结构,认为这种材料很易破碎,生产过程很难控制,当它在汽车上使用时,会因为破碎造成故障。此外还存在工作温度范围的问题: EEStor公司说他们的系統可以在-20℃——而不是以前所說的-40℃——条件下工作。

    面对大家的质疑,EEStor公司一直没有正面回应,而是保持沉默。但是进入到2009年,EEStor公司似乎加快了他们的研发和生产进程。年初,他们公布了他们申请的商标和第一款产品的技术规格:

 

    从公布的规格书我们可以看出该产品的工作电流只有不到1C,最大脉冲电流只有3C,能量密度达到了280wh,充电时间为90秒,工作温度范围为-40~49度,产品获得了UL和欧洲的安全认证。值得注意的是他的产品价格,小批量订货的价格是每个62.5美元。相当于每wh 0.68元人民币,只有锂离子电池每wh3.5人民币的1/5。

    4月22日,EEStor公司又公布了第三方检测机构对他们生产陶瓷叠片式超级电容器的关键材料纳米钛酸钡的检测结果。结果显示:钛酸钡的介电常数达到了22500,工作温度范围不是前面宣布的-40~49度,而是-20~65度。6月1日,EEStor公司的合作伙伴加拿大的ZENN电动汽车公司发表公告宣称由于钛酸钡的量产技术已经取得重大突破,2009年底,他们将量产装备有EEStor公司电源系统的电动车。但是他们仍然没有公布电源系统的电压及自放电率。同时他们还宣布继续增持EEStor公司的股份,加大对EEStor公司的投资。

面对从互联网获取的这些有关EEStor公司的信息,我一直抱持着宁可信其有不可信其无的态度,密切关注着这家公司的公开信息,同时也在关注钛酸钡的生产技术,陶瓷叠片式电容器的生产技术。我不仅希望EEStor公司取得成功,也希望我们中国的企业关注这一新的产品。我不希望看到我们的新能源产业出现哀鸿遍地的景象,我希望我们能够成为真正的颠覆者。

 

    摘自《锂电资讯》总第2期  [金旭东 编译]  作者 E-MAIL:xdjin@qq.com

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4070f2910100dkhc.html



[此贴子已经被作者于2009-6-18 18:12:07编辑过]
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只看该作者 沙发  发表于: 2009-06-18
  这项耗资12亿英磅的核聚变实验将于明年春天结束。美国国家点火机构(NIF)的科学家
       [淘股吧]
       们将利用激光聚焦于氢燃料之上以产生激光聚变。每束激光持续时间大约为十亿分之一秒
       ,浓缩了相当于美国所有发电站1000倍总功率的能量。在核聚变反应室内将因此发生一次
       剧烈的爆炸,并产生巨大的能量。科学家们实验的目的就是利用一粒不超过针头大小的核
       燃料来产生1亿摄氏度的高温和超过地球气压数十亿倍的高压。如果实验能够成功,将标志
       着具有实际意义的核聚变发电站建设已经迈出了第一步,人类将拥有一个取之不尽、用之
       不竭的能量来源。随着矿物燃料储量的不断减少,各国政府正在寻找一种清洁的能量来源
       ,核聚变发电站也许可以帮助人类解决能源危机问题。而且,作为核聚变反应的必要燃料
       ,氢是地球上最丰富的资源之一。 
       
           国家点火机构项目主任埃德-摩西斯介绍说,“我们正在努力制造出与太阳一样的内部
       环境。核聚变将成为世界上所有能量的来源,其实也就接近了真正的太阳能量。这确实是
       一个令人兴奋的物理学成果,可以帮助人类解决许多重大的社会、经济和全球难题。”在
       国家点火机构内,经过多重透镜折射、镜面反射以及放大器放大,一个单独的红外线激光
       将变成一束能量超过家用灯泡功率100亿倍的激光柱。为了防止有灰尘、杂物等混入激光柱
       ,装置内必须首先要做无尘处理。然后,研究人员再将该激光柱转变为192束单独的紫外线
       激光柱,照向目标反应室的聚变舱中心。当激光柱照射到聚变舱内部时,将在数十亿分之
       一秒的时间内产生高能X光射线,压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂。燃料球芯块外壳爆
       裂会产生一种同样大小的反向作用力,向内压缩燃料,直到引起燃料内部的核聚变,从而
       产生巨大能量。 
       
           虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术,但从已完成的实验效果看,激光技术
       是目前最有效的手段。如果一切顺利的话,国家点火机构将具备每五个小时点燃一次激光
       并激发一次核聚变的能力。但是,一个稳定的核聚变发电站需要每秒大约十次的核聚变点
       火。目前,国家点火机构正准备与英国同行们加强合作,共同致力于核聚变发电站的研究
       和建设。欧洲的“高功率激光能源研究设施”的目标就是建造一个每两分钟就可以点燃一
       次核聚变的激光动力反应堆。国家点火机构将使用192个激光束来触发微型冻氢颗粒中的核
       裂变,所有激光束都比目前工作的激光束要强大得多。国家点火机构负责人爱德-莫斯教授
       说,“我们的目标是实现一种核裂变形式,这样我们就可以从中取得比投入的能量多得多
       的能量,这便意味着有可能进行持续不断的核反应--这种聚变可被用来生成能量流。”
       
       有望带来人类能源革命 
       
           目前的核电厂和核武器都是采用核裂变的方式来获得能量。然而,由于这种获得能量
       的方式采用的是对人体和环境造成极大破坏的放射性物质,核武器已被国际社会禁用,核
       裂变电厂也将渐渐退出能源舞台,最终登上能源舞台的就是核聚变,能源革命可能到此为
       止,以后人类将因为核聚变发电的成功而不再受能源匮乏的困扰。核聚变反应堆又称为“
       人造小太阳”,因为太阳和其他恒星本身就是一个巨大的核聚变反应堆,它们内部有大量
       氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)。在太阳高温高压的环境下,这些氘原子和氚
       原子不停地撞击而进行聚变反应,因此产生了照亮整个太阳系的巨大热量。 
       
           科学家要想让氘原子和氚原子在特殊的位置发生碰撞并且发生聚变,需要1亿摄氏度以
       上的极高温环境。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高
       热,来触发核聚变起燃器,使氢弹得以爆炸。但是,用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆
       炸,却不适用于核聚变发电,因为电厂不需要一次惊人的爆炸,而需要缓缓释放出来的电
       能,也就是需要“可控核聚变”。多少年来,可控核聚变反应的梦想一直被许多科学家认
       为不可能实现。但是,科学家们最近进行的一些实验表明,处理如此高温的物质虽然十分
       困难,但也并非不可能。激光技术的发展,使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能
       。目前,世界上最大激光输出功率达100万亿瓦,足以“点燃”核聚变。除激光外,利用超
       高温微波加热法,也可达到“点火”的温度。 
       
           在最初的研究中,加热和容纳等离子体所需的能量超过了核聚变反应所产生的能量。
       也就是说投入大于产出,因此有科学家称“核聚变反应器是核物理学家的一个价格昂贵的
       玩具”。由此,1997年美国停止了核聚变反应的研究。然而没过多久,英国的欧洲联合实
       验室和日本的JT-60核聚变反应器都成功地使核聚变产生的能量大于它消耗的能量。日本研
       究核聚变反应甚至能达到5.2亿度的高温,每分钟产生的能量比消耗的能量高出25%。这项
       研究进展打消了一些国家政府的疑虑,进而重新投入资金研究核聚变反应。
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