来自世界各地的研究人员本周聚集在新奥尔良的美国化学学会年会，展示了三十多份关于锂离子电池技术的报告，重点介绍了改进的组件、更佳的性能和更高效的生产流程。
今年会议的主题是食物和能源。锂离子技术构成了会议议程的重要部分，因为能量存储是清洁能源系统的关键使能技术，例如为电动汽车供电以及平抑来自风能和太阳能发电机的电力波动。
但正如最近波音787梦想客机的电池问题所表明的那样，市场上的许多产品仍有很大的改进空间。
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德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯材料研究所所长阿鲁穆加姆·曼西拉姆说：“最大的障碍是成本。”他解释说，这不仅仅是电池的标价。储能设备必须足够耐用才能提供经济回报。
对于手机和笔记本电脑，锂电池非常有效，因为大多数消费者在电池耗尽之前就会升级换代。电池在设备的重量和成本中所占比例也很小，仅调节少量能量。
相比之下，汽车的电池价格可能高达 15,000 美元，并且可能使小型车辆的重量增加一倍。它们还会吸收和分散大量的电力浪涌，因此工程师需要投入更多时间和资源来确保电池安全，从而推高价格。
曼西拉姆在会议上展示了他关于电池材料的一些研究，这些材料可以解决其中一些问题。 “材料是瓶颈，”他说。“我们[还]没有神奇的材料能够以低成本存储大量能量，能够长时间循环使用，并且充电时间短。”
电池处理和回收研究
一种方法是使用更好的负极。目前的锂离子电池使用石墨制成的负极。当您快速充电电池时，尤其是在寒冷的环境中，锂离子可能会在负极上镀上，形成树枝状的突起，称为枝晶。如果枝晶足够长，它们可能会接触到其他电池组件，从而造成短路，导致电池失效。
曼西拉姆说，使用锑基纳米复合材料负极，他可以设计出更安全、更耐用的电池，能够承受更高的电压。曼西拉姆说，他还在研究其他电池化学物质，如锂硫和钠离子，它们使用不同的材料并具有各自的优势。这样，工程师就可以在电池的整个生命周期内降低成本。
处理废旧电池是另一个重要的研究领域。伍斯特理工学院的助理教授王炎正在展示他关于改进锂离子系统回收利用的工作。他解释说，锂电池已经是一个年产值 110 亿美元的产业，一些分析师预计到 2020 年，这一数字将增长到每年 500 亿美元。随着越来越多的电动汽车上路和越来越多的风力涡轮机开始旋转，对电池及其原材料的需求将激增。
然而，锂可能供应不足，美国制造商将不得不寻找国外来源，因为国内供应正在枯竭。此外，简单地将老化的锂电池倾倒到垃圾填埋场可能会将有害化学物质释放到环境中。
因此，回收利用成为最具吸引力的解决方案，但分解锂电池可能很昂贵，因为分离组件既繁琐又需要像熔炉这样的高能电器。
王炎正在研究一种低温工艺，该工艺使用酸和溶剂将电池分解成有用的元素，如铁、镍、钴、锰和锂。利用它们不同的物理特性，该工艺可以分离出更容易分离的化合物。
王炎说，对于非常相似的材料，他的工艺仍然可以产生有用的产品，而无需将它们完全彼此隔离。 “我们工艺的创新之处在于我们不分离这些元素；我们控制比例，”他说。这样，回收装置使用的能源更少，制造商在制造新电池时也不必自己重新组合材料。
会议上的研究人员还将重点介绍他们在锂离子电池其他方面的工作，包括开发更高效的电解质、在纳米级构建组件以及精确地弄清楚是什么使这些电池发挥作用。
转载自 Climatewire，经 Environment & Energy Publishing, LLC 许可。 www.eenews.net，202-628-6500