【導(dǎo)讀】電池儲能的功率密度低，過充電、過放電和頻繁充放電都會影響壽命，不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量能量，難以滿足車輛在制動或起動時的功率需求。因此人們開發(fā)了車用超級電容，可以適應(yīng)瞬間充放電和頻繁充放電，循環(huán)壽命長，受低溫影響小，電量檢測方便，而且超級電容器的生產(chǎn)成本每年都在以低于 10% 的比例減少。
日本Micronics Japan公司與Guala Technology公司共同開發(fā)出了新原理充電電池“battenice”的量產(chǎn)技術(shù)。這種電池不同于化學(xué)電池，而屬于采用量子技術(shù)的物理電池。并且，這種電池的放電特性象化學(xué)電池那樣可保持一定的電壓，而不是象雙電層電容器那樣電壓會隨著放電成比例下降。
Micronics Japan公司認(rèn)為，battenice可實(shí)現(xiàn)1.5V電壓，500Wh/L能量密度，8000W/L的輸出功率密度，充放電壽命（維持在初期容量的90％以上時）為10萬次，工作溫度范圍-25～+85℃。
這種新型電池是采用由絕緣膜（絕緣性樹脂或無機(jī)絕緣物）包裹的n型金屬氧化物半導(dǎo)體〔如二氧化鈦（TiO2）、二氧化錫（SnO2）、氧化鋅（ZnO）等〕的微粒子作為充電層制成的。在制造過程中，通過在某種條件下向該充電層照射紫外線，n型金屬氧化物半導(dǎo)體的帶隙（價帶與導(dǎo)帶之間的寬度）內(nèi)便可形成很多新的能級。充電時電子進(jìn)入這些能級，而放電時這些能級中的電子便釋放出來，從而起到充電電池的作用。
優(yōu)缺點(diǎn)鮮明
據(jù)Micronics Japan公司介紹，新型電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）全固體構(gòu)造，無需擔(dān)心漏液；（2）因不使用可燃性材料，無需擔(dān)心過熱起火；（3）不使用稀有金屬和稀土材料，無需擔(dān)心資源短缺；（4）不使用環(huán)境負(fù)荷高的物質(zhì)，有利于環(huán)保；（5）充放電壽命長（加速試驗(yàn)已證實(shí)可充放電1萬次以上，現(xiàn)正以10萬次為目標(biāo)開發(fā)），有利于減少廢棄物；（6）輸出功率密度與電容器比肩，等等。
那么，這種新型電池能不能取代鋰離子充電電池呢？關(guān)于這一點(diǎn)目前認(rèn)為還不能一概而論。因?yàn)檫@種電池每個電極的能量密度比不上高性能鋰離子充電電池，并且如果沒有技術(shù)性突破，能量密度很難大幅提高。畢竟現(xiàn)在的消費(fèi)類鋰離子充電電池，圓柱型電池“18650”的能量密度已超過650Wh/L。而這種新型電池的初期產(chǎn)品目標(biāo)是500Wh/L；新型電池目前在一塊基板上能夠形成的充電層限定于薄膜狀，并且最多只能形成2層（在基板的兩面上形成）。
期待形成新市場
新型電池與鋰離子充電電池相比，具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：輸出功率密度非常高、無需擔(dān)心因漏液和過熱而起火、無需擔(dān)心資源枯竭、充放電壽命長等。可以考慮利用這些優(yōu)點(diǎn)，找到與鋰離子充電電池不同的有效用途。因此，希望新型電池不僅可以象原來那樣層疊起來做成塊狀電池使用，還可以利用薄片狀的特點(diǎn)，應(yīng)用于可穿戴設(shè)備，以及與薄膜太陽能電池結(jié)合起來，作為基板內(nèi)置電池等柔性薄膜電池使用，以期形成新的市場。
Micronics Japan公司表示，這種電池可以卷對卷制造。并且，無需化學(xué)電池所需的1～2周老化工藝。如果利用這種高量產(chǎn)性，可以量產(chǎn)多種外形尺寸，還可通過在卷上實(shí)施串聯(lián)或并聯(lián)，應(yīng)對輸出電壓多樣化的需求。
筆者之前的科普文初步介紹過車用電池和電容的特點(diǎn)區(qū)別：
電池儲能的功率密度低，過充電、過放電和頻繁充放電都會影響壽命，不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量能量，難以滿足車輛在制動或起動時的功率需求。因此人們開發(fā)了車用超級電容，可以適應(yīng)瞬間充放電和頻繁充放電，循環(huán)壽命長，受低溫影響小，電量檢測方便，而且超級電容器的生產(chǎn)成本每年都在以低于 10% 的比例減少。
但是超級電容也有能量密度與電池差距較大、容易漏電等缺點(diǎn)，無法長期儲存能量，所以也有研究人員在嘗試電池電容混合的電力系統(tǒng)，同時兼顧電容充放電迅速和電池能量密度相對較大的優(yōu)點(diǎn)，用電容進(jìn)行緊急充放電，用電池長期儲存能量，電池和電容分工合作。
雖然battenice電池目前中長期的能量耗損表現(xiàn)還不清楚，但是按照目前資料，這種新型量子電池的性能特點(diǎn)不像化學(xué)電池，而是更接近電容。實(shí)用化之后也可以與傳統(tǒng)電池搭配。battenice功率密度高，能量密度低，而化學(xué)電池正相反，優(yōu)勢互補(bǔ)，確實(shí)可以同時滿足續(xù)駛里程和加速性能的要求，但是這對于整車廠的能量分配技術(shù)要求較高，這方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)外差距依然很大。
