創造力：今年國外最具創新思維的五大電池設計概念

創造力：今年國外最具創新思維的五大電池設計概念

隨時隨地獲取能源是現代社會的基礎，保持冬暖夏涼，全年提供娛樂，并且確保食品安全。能源儲存研發是一項持續不斷的工作，有許多科學家正在利用創新的新材料和電極材料進行重要但漸進的進步，也有人在完全重新發明我們所謂的電池概念。

以下是2018年的最驚人的五個例子，這些例子可能在能量儲存中開辟全新的道路，跳出思維慣例的發人深省的全新概念。

一、混凝土塔狀儲電裝置

想象一個普通的彈簧，如果你用手指纏繞那個彈簧，你就會為其加入勢能。當你釋放它時，就可以釋放出能量。將此原理應用于可堆疊混凝土砌塊塔，六臂起重機的作用就如同那根手指。

這是瑞士創業公司Energy Vault的愿景，它正在開發一種新型電池，它可以用來儲存從摩天大樓大小的混凝土塔中的風能和太陽能等可再生能源。為了給它充電，起重機將砌塊抬起來，并堆放起來以形成一個塔。當起重機釋放，讓重力起作用，就可以讓砌塊降低到地面并將下降期間產生的動能轉換成電能，即可放電。

Energy Vault表示，其解決方案可容納高達35 MWh的容量和4 MW的峰值功率，并提供90％的往返效率。它正在2019年在印度部署其第一個系統。

二、構建能夠容納設備的電池，而非容納電池的設備

電池設計新方案：將電池設計成滿足各種設備用途的任何形狀，能夠適應各種設備的產品。

十月，德克薩斯州立大學和杜克大學的科學家提出了一種以聚乳酸（PLA）塑料為原材料的3D打印電池的方法，理論上能夠設計成任意形狀。PLA在典型狀態非離子導體。

科學家通過用碳酸乙酯，碳酸亞丙酯和高氯酸鋰混合物注入材料來解決這個小問題。他們還分別在陽極和陰極中使用碳納米管，正電極和負電極中使用石墨烯。

通過這些改進，該團隊能夠以可工作的紐扣電池的形式制作出了3D打印概念驗證電池。他們在此基礎上將3D電池打印成一個配有LED的手鐲，該手鐲能夠保持照明約60秒。盡管離實際應用還差一些距離，但其為產品設計方面開辟一些非常有趣的概念。

三、箱子中的太陽

麻省理工學院網格級能量存儲系統的渲染圖，被稱為“箱子中的太陽”

麻省理工學院所謂的“箱子中的太陽”目前階段僅僅是一個概念，它基于當前被稱為熔鹽系統的技術，

但它熔融硅使用代替熔鹽，它能夠儲存更多的熱量，并且在高溫下不具有腐蝕性。此外，在高溫下它會非常明亮地發光。這意味著熔融硅系統不是使用熱交換器來煮沸水來發電，而是能夠使用多聯光伏太陽能電池從硅發出的光中發電。

他們用一個微型箱體測試了這個概念，它可以被引導到一個系統，該系統包括兩個每個尺寸為33英尺（10米）的箱體，能夠為10萬多戶家庭提供足夠的電力。他們還表示，該設計可以在任何地方實施，并且比目前的能源儲存，并且便宜得多。

四、康奈爾大學開發可瞬時充電的螺旋形電池結構

。不過現在，康奈爾大學的工程師們開發出了一種不同尋常的新結構，因其采用了相互交織的旋渦狀結構、并且擁有瞬時充電的特性。這項新技術基于一套復雜的多孔形狀 —— 螺旋 24 面體（gyroid）—— 在此之前，它經常被用于制造“二維奇跡材料”石墨烯。

康奈爾大學開發的螺旋形電池想象圖

此外，新電池還采用了超薄碳膜（盡管還沒法和石墨烯相提并論），借助了一種稱作“塊狀共聚合物”（block co-polymer）的自組裝工藝。

這種碳基螺旋 24 面體組成了電池的陽極，其中包含了數千個孔，每個孔大約有 40nm 寬。

這些氣孔被涂上了大約 10nm 厚的分離層、接著加入硫陰極、最后用一種叫做 PEDOT 的導電聚合物來填充最后一部分空隙。

每個細孔都可以儲存和傳遞能量，與微型電池很是類似。但通過將它們分散到螺旋體的巨大表面積上，新架構的能量密度，比傳統電池設計要大得多。

五、可以為你背部支撐的電池

正如上訴提及的3D打印PLA電池一樣，柔性電池有望以有趣的形狀和尺寸存儲能量，在可穿戴科技領域大有應用前景。

哥大科研人員啟發自人體脊椎設計了一個全新的電池，由包括陰極，陽極，分離器和集電器不同的單元組成，每個單元通過所謂的“柔性支撐器”連接在一起，就像是一些盤子和韌帶在你脊柱彎曲時，收集電能并且保持穩定的電壓。