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IT|“超级电池”：榴莲电池充电30秒、钻石电池体积小超长寿命

北京时间8月3日消息，据国外媒体报道，手机等电子设备的锂电池会随着时间推移而老化，锂电池降解会产生巨大的环境成本，目前有没有更好的方式储存电能呢？手机等便携式电子设备的广泛应用是当前时代特征之一，人们可在墙壁上插上手机电源，然后逐渐消耗这些存储的电能 。而锂电池是手机的核心部件，它改变了传统储存和携带电能的能力，同时对我们的电子设备产生革命性变化 。
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资料图
锂电池的发展历程
1991年，日本索尼公司首次将锂电池实现商业化，当时该公司正在积极寻求解决手持摄像机电池寿命短暂的问题，目前锂电池已推广应用至许多产品，例如：智能手机、笔记本电脑、电动牙刷和手持吸尘器 。2019年底，发明锂电池的三位科学家因该项革命性技术获得了诺贝尔化学奖 。
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然而，现代人类的生活对锂电池的需求只会增加，电动汽车依靠锂离子电池来替代当前汽车使用的化石燃料，随着可再生能源在全球电力供应中所占比重越来越大，将需要更多的电池组储存电能，便于无风或者无太阳照射时使用 。据悉，全球每年售出超过70亿块锂离子电池，预计到2027年，将超过150亿块 。
但是随着手机逐渐老化，电量也越来越少，我们知道锂离子电池也存在局限性 。随着时间的推移，电池充电能力会下降，这意味着其储存电能也会减少 。同时，在极热或者极冷的天气中，锂电池的表现也会下降，此外，人们对锂离子电池的安全性和可持续性也存在担忧，在某些特定条件下，锂离子电池容易起火、发生爆炸 。此外，开采锂离子电池所需的金属材料也会带来高昂的社会和环境成本 。
这促使世界各地的科学家尝试研发新型电池来克服这些问题，他们希望利用一些新型材料，其中包括：钻石、臭气熏天的水果等，找到为未来技术提供动力的新方法 。
锂离子电池的工作原理是使带电的锂粒子（离子）穿过中间的液体电解质，使电流从一端移动到另一端，锂离子电池的最大优势在于“能量密度”——电池在其体积下所能容纳的最大能量，这也使得锂离子电池成为市场上可售电池中价格最高的，与其他电池技术相比，锂离子电池还可提供较高电压 。
本质上电池是由3个关键部件组成——负极、正极，以及正负极之间的电解质 。电极的作用在正极和负极之间切换，这将决定电池处于充电还是放电 。在锂离子电池中，负极通常是由一种金属氧化物制成，该氧化物包括另一种金属，充电时，锂离子和电子从负极移动至正极，电能将作为电化学势能“存储起来” 。这是通过电解质中一系列化学反应发生的，该化学反应是由充电电路中流动的电能驱动的，电池在使用过程中，锂离子通过电解液以相反的方向从正极流向负极，而电子则通过安装电池的电子设备的电路系统，为电子设备提供动能 。
新型材料替代锂离子电池是必然趋势
近年来，研究人员对电池正负极材料的改进有助于提高锂离子电池容量和能量密度，但当前最需要将锂离子电池成本降低 。
我们希望未来几年部分电子随身设备的电池功能有所提高，这将改善人们的生活质量 。英国牛津大学材料科学家莫罗·帕斯塔称，35年前化学技术发展已处于停滞不前的状态 。据悉，帕斯塔是牛津大学法拉第研究所的项目负责人，他负责研发新一代锂离子电池技术 。他的目标是提高锂离子电池的能量密度，同时提高其工作效率，这样电池就不会因为反复充电和放电而降低功能性 。
为了做到这一点，帕斯塔致力于使用陶瓷制成的固体材料来替代锂离子电池中极易燃的电解质液体，使用固体可以降低电池短路或者不稳定情况下电解液燃烧的风险 。2017年，三星手机出现一系列电池故障起火事件之后，立即召开250万部Galaxy Note 7s手机，采用固体替代传统电解液对于未来手机安全性至关重要，因为大多数便携式电子产品中的聚合物凝胶电解质是易燃的 。
这种固态电池也可以使用致密的金属锂代替石墨正极，从而大幅增加能量存储，这可能对未来电动汽车产生深远影响 。
目前，每辆电动汽车的电量相当于数千块iPhone手机电池，专家分析称，未来几年电动汽车将逐渐取代多数国家的化石燃料汽车，向固态电池的革命性转变意味着充电续航时间更长 。
我们希望电池在未来几年广泛应用于电气设备和便携式电子设备，那么，我们是否应该寻找锂电池的替代品来减轻它对环境的影响呢？
安第斯山脉的“锂三角区”——包括阿根廷、玻利维亚和智利的部分地区，这里蕴藏着世界50%以上的锂金属自然资源，但是从盐碱地提取锂需要水，并且是大量的水 。据悉，在智利阿塔卡马盐沼地区，开采锂金属的过程中，每提取900公斤锂金属，大约需要使用100万升水 。其间涉及将富含金属的盐逐渐溶解在水中，过滤然后蒸发，直到提取纯锂盐 。然而，智利环保机构警告称，该地区的锂、铜金属开采消耗的水资源远大于自然降水量 。


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