2012年全球电池发展新技术回顾-【新闻】

2012年全球电池发展新技术回顾

在过去的一年里，移动设备爆发式增长，智能电话等设备的配置从年初的单核1.0G主频发展到双核，直到现在的4核，而电话屏幕也有诺基亚时代的2.0寸发展到现在5.5寸。但在这些硬件“火拼”的时候，电池技术未能得到相应的进步，电池续航能力也成为各大厂商和消费者关注的问题。而对于太阳能领域也是，虽然目前在全球来说整个行业陷入了低潮期，但研发转换效率高的太阳能板也是推广关键，现在就让我们回顾一下今年出现的电池进展。

提升20%碳活性 研究员发现钴酸锂完美的替代材料

目前锂电池都采用钴酸锂（LiCoO2）作为锂离子二次电池正极材料，尽管合成温度低，产品纯度高、化学组成均匀等优点，但是这种矿石的开采毫无疑问会增加锂电池的成本，同时根据Rice大学的Arava教授称每1千瓦小时在生产和循环充电的过程中都会向大气排放估计72公斤（159磅）的二氧化碳。对此今天研究人员发现了一个能够完美替代的电极材料，这种新型的无公害和可充电电池采用了红紫素（一种从从茜草植物的根中提取的红色/黄色染料），并且能够持续使用3500多年。这就意味着锂电池由向地下开采变成从植物根茎中提取，开发成本大大降低。

根据美国化学学院教授George John称：“这种红紫素能够非常高效的激活锂电子的活性，并且两者也非常容易进行混合。”采用这种红紫素相比较传统的锂电池碳活性提升了20%。

CIGS薄膜太阳能电池核心技术重大突破

日前，据有关媒体从中国科学院获悉，可取代“晶硅”原材料的“铜铟镓硒”薄膜太阳能电池核心技术取得重大突破，赶超国际水平，所制备的铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池效率达到18.7%，迈入国际领先行列。

如果新的太阳能电池技术大面积推广应用，不仅利于国内太阳能电池大面积推广，而且还可减少对外输出太阳能产品的贸易壁垒。当前能源危机和传统能源对环境造成的污染日益严重，开发清洁、可再生的能源就显得日趋重要。而太阳能由于清洁无污染、取之不尽，用之不竭，因此开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策。

太阳能电池的作用是把太阳能转化为电能，制作太阳能电池的材料一般是半导体材料，能量转换原理是利用半导体的光生伏特效应。太阳能电池的应用覆盖交通、通讯、石油、海洋、电站等领域。目前太阳能电池分为6类，但真正能实现产业化的太阳能电池主要分两大类：第一类是晶硅电池，包括多晶硅和单晶硅电池，这个占市场份额80%以上；第二类是薄膜电池，又细分为非晶硅电池，其工艺简单，成本低，但效率低，有衰退迹象；碲化隔薄膜太阳能电池，其成本低，易于大量生产，但效率低且镉有毒，会对环境造成严重的污染。

CIGS薄膜电池，其效率高，成本低，性能良好，是今后发展太阳能电池的一个重要方向。

CIGS模块具有很大的发展优势，是因为CIGS在各种薄膜光伏技术中效率最高，成本却只有晶体硅太阳电池的1/3。此外，CIGS太阳能模块发电效率和年平均发电量皆优于晶硅太阳能模块。另一个优势在于，CIGS太阳能电池模块能源回收期只有晶硅太阳能电池模块的一半，CIGS在少于1年的时间内即可回收。因此，CIGS薄膜太阳能模块可以更有效地节省非必要的能源消耗。

CIGS薄膜太阳能电池经过四十年的研究开发，近年来进展迅速，已进入产业化快速增长期，目前欧美市场发展较为成熟拥有的企业也比较多，相比起来国内起步较晚，生产设备和技术瓶颈的制约一直发展缓慢。而近几年来由于太阳能产业发展迅猛，薄膜电池应用范围约来越广，今年以来国内多家企业纷纷投入CIGS薄膜电池项目建设，加上此次技术的突破在一定程度上将会更好地应付未来的趋势需求。

京瓷推出转换效率达17.8％的住宅用太阳能电池模块

京瓷于2012年11月20日宣布，已实现了面向日本住宅用途的、最大输出功率为200W的多晶硅型太阳能电池模块的产品化。该模块是该公司面向住宅的太阳能电池模块中输出功率最高的，使用了48片高效率太阳能电池单元，包括单元转换效率达到17.8％的“Gyna”等。模块转换效率为15％左右。

此次的模块将作为住宅用光伏发电系统“ECONOROOTS”系列的新产品，从2012年11月22日开始通过京瓷太阳能公司销售。建议零售价（不含税）方面，外形尺寸为W1338mm×L1012mm×H36mm的“ECONOROOTS type R（型号：KJ200P-3CRCE）”和W1341mm×L990mm×H36mm的“ECONOROOTS type G（型号：KJ200P-3CJ2CE）”均为10万日元（约合7600人民币）。外形尺寸为W1338mm×L990mm×H46mm的“ECONOROOTS type U（型号：KJ200P-3CUCE）”为9.6万日元（约合7300人民币）。

有关Gyna：

京瓷在展会“PV EXPO 2012”（2012年2月29日～3月2日，东京有明国际会展中心）上，展出了单元转换效率为17.8％的多晶硅太阳能电池“Gyna”。预定2012年4月以后开始量产该电池单元，2012年度内开始销售电池模块。

京瓷针对日本政府于2012年7月1日启动的“新固定价格收购制度”推进了公共产业用大型太阳能电池面板的开发。该公司计划在这类面板中积极采用Gyna。

美国国家可再生能源实验室推出转换效率达到18.2%的黑硅太阳能电池

据报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）的科学家利用纳米技术，制成了转换效率可达18.2%的黑硅太阳能电池。这一数字相当具有竞争力，有关技术突破也向降低太阳能使用成本迈进了一大步。相关研究论文发表在近期的《自然·纳米技术》杂志在线版上。

通常情况下，制造太阳能电池需要涂覆额外的抗反射涂层以降低能源流失，但这将显著提高成本。针对这一问题，NREL量身定做了一种纳米结构的表面，可确保太阳能电池能够有效地收集生成的电力。研究人员在硅晶片上制成了银纳米岛，并将其短暂地浸入液体之中，使每平方英寸的硅晶片表面上形成数十亿纳米尺寸的小孔。这些小孔比击中它们的光波还要小，因此太阳光无法识别出表面密度的突然变化，因而能够减少不必要的阳光反射，也能节约相应的成本。同时，科学家还能通过控制纳米结构的载流子复合和表面的化学组成等，实现创纪录的黑硅太阳能电池转化效率。

科研人员通过实验发现，表面积增加中涉及的俄歇复合过程将限制大多数纳米结构太阳能电池中的光子聚集，而这种情况一般发生在电池内含有过多的掺杂物时。因此他们试图通过降低纳米结构内的掺杂物浓度来抑制这一过程的发生，从而构建出转化效率可达18.2%的黑硅太阳能电池。其几乎可对整个太阳能光谱作出理想的响应。

研究人员表示，这项工作无论对于传统太阳能电池还是基于纳米线或纳米微粒的新兴太阳能电池都具有巨大影响，因为其首次证明了借助纳米结构的半导体也能制成性能良好的太阳能电池。下一步他们还将致力将这一成果转化到工业实践之中，并力图使电池的转化效率超过20%，之后再在更轻薄的太阳能电池上进行相关纳米技术的拓展应用。

韩国推出充电速度比普通电池快120倍的新型锂电池

一群韩国科学家在蔚山现代科技研究所已经研发出了一种快速充电锂电池，比普通电池充电速度快30到120倍，这个团队相信他们可以最终可以推出少于一分钟能充满电动汽车的新型电池。

开发这种电池的关键问题是当它们的物理储电量增加（电池体积）的时候，充电的时间也会相应增加。你给电池充电，电来自外部世界，但你可以避免这个通过把大坨的电池分裂成更小的个体单位。

而韩国团队的方法是采用阴极材料——标准锂锰氧化物（LMO），把它浸泡在石墨里面。然后通过碳化石墨里的LMO，石墨变成一个可以导电的密集网络，运行着整个阴极，然后这个阴极就像往常一样被包装起来，通过电解质和石墨阳极，成功创造了快速充电的锂电池，而电池的能量密度和循环周期依然保持不变。

整个碳化石墨网络就像血管一样，允许电池的每部分同时充电，因此速度上升了30到120倍。

当然这个锂电池也可以用在智能手机和笔记本上，但是特殊的导电网络却没有增加电池的体积，因此用在电动车上就更妙了。想想一分钟就充满电动车就是件疯狂的事，但目前这个锂电池是便宜不了的。

每个人的日常生活中要是有一块普通电池和快速充电电池就绝了，你可以更好地安排日常行程，而且快速充电电池用在无线鼠标和无线键盘上尤为有用。

美大学用石墨烯电极制成输出密度提高10倍的锂电池

国伦斯勒理工学院（RPI）宣布，在用基于石墨烯的“纸”试制锂离子充电电池（LIB）负极时发现，在能量密度相当的情况下，输出密度提高到了石墨电极的10倍。论文也发表在了学术杂志《ACS Nano》上。最近，将石墨烯用于蓄电池及电容器电极，获得了高性能的发布一个接一个。

伦斯勒理工学院教授Nikhil Koratkar的研究小组，在氧化石墨烯薄片的还原上采用了照射激光或相机闪光的方法。由此，石墨烯虽得以还原，但出现了很多破洞和裂缝。据称用这样的石墨烯制成“纸”用作LIB的负极，结果获得了相当于石墨电极约10倍的输出密度。

具体而言，即使进行充放电率约为40C的快速充放电，电极的容量密度仍稳定在156mAh/g，输出密度达到了10kW/kg。据Koratkar等人介绍，还能进行100C的充放电。

论文表示该石墨烯电极能以低成本实现工业量产。Koratkar说：“技术已经成熟，足可供商用，将大大推动电动汽车等所要求的快速充放电型电池”。

美研究出能实现高效自我充电的锂电池

据国外媒体报道，美国佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种新的锂离子电池，当这种电池被压缩或弯曲时，它可以通过一些化学变化给自己充电。

研究人员抛弃了容纳电池电解质（一种凝胶物，以化学方式存储电能）的塑料容器，代之以一层压电碳纳米管（它把运动转化成能量），从而开发出这种可以把运动转化为电能和化学能的混合动力电池。

在通常情况下，压电设备会把动能转换成电能，然后再通过标准锂离子电池中的充电电路，将其转换成化学能。而这种新的混合动力电池可以直接影响其自身内部的离子流，因此研究人员可以完全跳过充电电路，以一种更加高效的方式来捕获机械能。虽然这涉及到物理运动，但是尺寸较小，不那么碍眼的生物力学设备可以提供一个有效的方案，帮助解决移动设备日益增长的电能需求。

当这种电池被压缩或弯曲时，会把动能转换成电能，然后再通过标准锂离子电池中的充电电路，将其转换成化学能，从而给自己充电。

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