【电池技术】电池技术为什么如此深刻和不可预测？

电池科学属于电化学和材料科学的范畴，电化学和材料科学大部分属于实验科学，现在很多高校和企业都可以。事实上，电池的基本原理并不复杂，而是中学教科书的氧化还原反应。

氧化环氧反应

电池系统的原理很简单，但很难取得更具革命性的突破。我们现在使用的电池与90年代相比并不太差。可以说，在过去的20多年里，电池技术几乎没有突破。那么电池技术的发展为什么这么难突破呢？如此深刻和不可预测？让我们从以下三个方面来看一下。

第一，新材料的研发很难

电池系统是一个复杂的多变量系统。对于锂离子电池，虽然找到了合适的氧化还原反应，但万里长征完成了第一步，只说明可能发生这种氧化还原反应的材料可以用作电池阳极材料。但是这种材料是否真的可行，取决于太多因素。

对材料的电池要求很苛刻。

充电效率高

能量密度要高，体积最小，能储存最多的电。如今锂电池的能量密度已经上升到天花板。理论能量密度最高可达600whr，目前最先进的技术已经可以达到约550whr，但仍然不足以供人们使用。

安全性高

电池的安全性当然非常重要。在使用过程中，不能一言不发地爆炸，在实验中，必须能够沉着应对科学家的各种变态实验。

三星爆炸事件

寿命长

它的循环寿命要长，充电几次不能报废，部分电池开始充电放电固然好，但慢慢效率变坏，最终只能达到一开始的一半以下。(莎士比亚)。

环保材料

新材料必须是环保材料。因为电池广泛应用于生活的方方面面，不能污染环境。

成本低

如果电池成本太高，则根本不适用。除非用于军事、心脏起搏器和其他植入式医疗器械等。最近牛们开始用黄金制作阳极，这种电池制作起来也只能用土豪。

二、没有推导方法和数学模型

电池的开发取决于电化学的研究进展。但是在电化学领域，很多理论都很不完整。到目前为止，电池行业还没有理论推理方法和数学模型，只能通过庞大的实验数据找到趋势。

电池实验室

实验面临以下问题：

实验没有理论推导。

学的理论往往没有用，必须经过大量的实验才能确定。经常敲脑袋想出看似可行的方案，但经过一番折腾后，经常发现这个方案完全行不通。(莎士比亚)。

实验的再现性不好

实验的细节很多，无法完全描述，数据的准确性难以判断。所以一般文献的实验很难重复。

实验周期长

制作一种电池后，测量其数据很慢。比如电池循环曲线，测量一下就是半个月。(约翰f肯尼迪，电池，电池，电池，电池，电池，电池)半个月后发现不行，要重新开始，扔几次就没时间了。(莎士比亚)。

三、改善瓶颈的辅助手段

在找到新材料之前，R & ampd开始使用一些辅助手段，通过以下两种方式改善电池：

(1)超级电容器：提高充电速度

超级电容器目前在技术上是成熟的，现有电容器和电池之间有性能，是可以反复充电数十万次的电源。目前宁波、上海等城市已开始使用超级电容器公交车。

超级电容总线

超级电容器最大的优点是充电速度快。等红灯的话，公交车上可以充满电，充电速度惊人。那你为什么不把它放进去？

1）超级电容的致命缺点是电池的体积大，比锂电池要大很多，无法应用到手机上；

2）超级电容虽然充电快，但放电也快，目前在小汽车上还无法应用。

（2）无线充电：让充电更方便

现在的无线充电主要运用电磁感应原理，手机和充电器上各有一个线圈，让充电器通电带电，再使用两个线圈的相互作用来传输电流。

▲无线充电原理图

但它并不方便，因为充电时必须将充电器插在插座上，再将手机对准位置放在充电器上，手机才可以开始充电。这并不会比普通的充电要简单。

总而言之，若要进一步提高电池性能，取得革命性突破，需要解决科学和工程领域内的一系列问题，涉及到材料学、无机化学、有机化学、物理、界面、表面、动力学、热力学、工程机械加工、电子电路技术等交织在一起的诸多问题。

虽然电池技术最近十几年来都没有取得很大的进展，但在电池容量上，每年都会有5%～8%的进步。相信通过全球研究人员不断地试错和探索，今后十年，电池行业将会迎来新的发展机遇！

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本文由全球电气资源原创，作者：海燕

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