鋰離子交換電池是一種新型儲能設備，其特性就是大大的縮短了充電時間
基本介紹
- 中文名：鋰離子交換電池
- 外文名：Lithium ion battery
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概述
鋰離子交換電池，利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出一種新型儲能設備，可以將充電時間從過去的數小時之久縮短到不到一分鐘。
鋰離子交換電池 - 發明背景
電動汽車因其清潔節能的特點而被視為汽車的未來發展方向，但電動汽車的發展面臨的主要技術瓶頸就是電池技術。這主要表現在以下幾個方面：一是電池的能量儲存密度，指的是在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小，要解決的是電動車充一次電能跑多遠的問題。二是電池的充電性能。人們希望電動車充電能像加油一樣，在幾分鐘內就可以完成，但耗時問題始終是電池技術難以逾越的障礙。動輒數小時的充電時間，讓許多對電動車感興趣的人望而卻步。因此，有人又將電動車電池的充電性能稱為電動車發展的真正瓶頸。
新研究的鋰離子交換電池通過採用石墨烯這種神奇的材料，繞過了挑戰。石墨烯因具有如下特點成為新儲能設備的首選：它是目前已知導電性最高的材料，比銅高五倍；具有很強的散熱能力；密度低，比銅低四倍，重量更輕；表面面積是碳納米管兩倍時，強度超過鋼；超高的楊氏模量和最高的內在強度；比表面積（即單位質量物料所具有的總面積）高；不容易發生置換反應。
鋰離子交換電池 - 原理
鋰離子交換電池的陰極和陽極有非常大的石墨烯表面。在製造電池時，研究人員將鋰金屬置於陽極。首次放電時，鋰金屬發生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨烯表面的小孔，到達陰極。在充電過程中，由於石墨烯電極表面積很大，大量的鋰離子可以迅速從陰極向陽極遷移，形成高功率密度和高能量密度。
鋰離子交換電池 - 性能
鋰離子交換電池又稱為石墨烯表面鋰離子交換電池，或簡稱為表面介導電池（SMCS），它集中了鋰電池和超級電容的優點，同時兼具高功率密度和高能量儲存密度的特性。雖然目前的儲能設備尚未採用最佳化的材料和結構，但性能已經超過了鋰離子電池和超級電容。新設備的功率密度（即電池能輸出最大的功率除以整個燃料電池系統的重量或體積）為100千瓦/公斤，比商業鋰離子電池高100倍，比超級電容高10倍。功率密度高，能量轉移率就高，充電時間就會縮短。此外，新電池的能量儲存密度為160瓦/公斤，與商業鋰離子電池相當，比傳統超級電容高30倍。能量儲存密度越大，存儲的能量就越多。
在重量相同的情況下，僅以尚未最佳化的SMC替代鋰離子電池，SMC或鋰離子電池電動車的駕駛距離相同，但SMC的充電時間不到一分鐘，而鋰離子電池則需要數小時。
