在過去幾十年里，各種高精尖技術(shù)都經(jīng)歷了指數(shù)級的性能提升，而與此相比，電池技術(shù)的進(jìn)展卻困難得多。最優(yōu)秀的鋰離子電池的能量密度約為700Wh/L，盡管這個(gè)成就可圈可點(diǎn)，但并未達(dá)到突破性水平，直到納米電池的出現(xiàn)。
研究發(fā)展中的納米電池
市場上最尖端的鋰離子電池的能量密度700Wh/L，這個(gè)700Wh/L指的是電池的能量密度，數(shù)值表示每升電池容積可以存儲的能量為700瓦時(shí)。所謂的能量密度是衡量電池性能的最重要指標(biāo)，表示單位體積內(nèi)所存儲的能量數(shù)量。
納米電池作為一種利用納米級技術(shù)制造的電池，其能量密度比鋰電池最多能多出百分之40。它與我們常見的電池不同，納米電池中使用了非常小的顆粒材料，其尺寸小于100納米，這些顆粒的尺寸比我們的頭發(fā)絲還要細(xì)。
因?yàn)榧{米電池非常小，所以它們可以更高效地儲存和釋放能量，這意味著納米電池可以提供更長的使用時(shí)間和更高的能量密度，讓電子設(shè)備持續(xù)更久時(shí)間地工作。納米電池的使用場景也很豐富，甚至多個(gè)納米電池還可以組合在一起形成大型電池，例如納米孔電池。
納米電池的發(fā)展還在不斷進(jìn)行中，有許多技術(shù)問題和成本問題還未解決，畢竟對電池技術(shù)的升級一直以來都是難關(guān)。科學(xué)家們希望通過納米技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升電池的性能和功能，為我們的電子設(shè)備提供更好的電力支持，讓它們更持久、更可靠。
納米電池與鋰電池
首先，納米電池和鋰電池在電池內(nèi)部所使用的材料不同，傳統(tǒng)的鋰離子電池技術(shù)使用的是粒徑在5到20微米之間的活性材料，如氧化鈷或氧化錳，而納米電池則使用納米級的材料，尺寸更小但是能量更大。
這些材料的大小與納米電池的材料大小相比，可以說是差距懸殊，它們比納米電池的材料大了100多倍。其次，納米電池在能量密度和體積方面也具有著更大的優(yōu)勢。由于納米級顆粒的特殊結(jié)構(gòu)，納米電池可以提供更高的能量密度。
與此同時(shí)，納米電池的體積卻更小，這意味著它們可以在相對較小的空間內(nèi)提供更多的電力。最后，納米電池還可以有效控制體積膨脹的問題。所謂的體積膨脹問題是指電池內(nèi)部的某些組件在使用過程中膨脹或增大，導(dǎo)致電池整體的尺寸增加。
這通常是由電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)和物理變化共同引起的，出現(xiàn)體積膨脹問題后，電池內(nèi)部的壓力增加就會導(dǎo)致電池泄漏、短路或損壞。然而納米電池由于顆粒小且結(jié)構(gòu)特殊的原因，它可以規(guī)避掉體積膨脹的風(fēng)險(xiǎn)，提供更穩(wěn)定可靠的性能。
納米電池的技術(shù)難關(guān)
世界范圍內(nèi)，有很多研究人員和學(xué)者都在積極地研究納米電池，并希望能夠提高其量產(chǎn)的可能性，并將之推廣到更大的市場中。這其中就有華裔科學(xué)家新星崔屹，他正在努力將納米技術(shù)與電池相結(jié)合，將納米電池推向一個(gè)新的高度。
另外，通過使用納米材料，東芝公司突破了鋰電池的瓶頸，使顆粒能夠穿過液體并更快地為電池充電。美國也開發(fā)了一種納米電池，其陽極和陰極均采用環(huán)保納米材料，是一種“綠色”電池。索尼也不甘落后，自第一塊鋰離子電池問世以來，索尼對納米電池的研究一直在進(jìn)行。
不過，納米電池的研究和發(fā)展也有很多局限。首先，納米材料制備的成本很高，制備納米材料需要精密的工藝和控制，以確保其穩(wěn)定性和一致性。針對量產(chǎn)來說，納米材料的制備技術(shù)仍然面臨成本高、復(fù)雜性高和規(guī)模化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。
其次，納米電池中的界面問題也是一個(gè)重要的難題。簡單來說就是電極和電解質(zhì)之間需要具有良好的離子和電子傳導(dǎo)性能，以實(shí)現(xiàn)高效的電池反應(yīng)。另外，在納米尺度上，界面效應(yīng)會更加敏感，容易導(dǎo)致電池性能的損失和不穩(wěn)定。
這代表著納米電池的循環(huán)壽命是一個(gè)關(guān)鍵問題。畢竟納米級別的電極材料與電解質(zhì)的相互作用更為復(fù)雜，與鋰電池相比，納米電池更可能引發(fā)電池的容量衰減、內(nèi)阻增加和循環(huán)穩(wěn)定性下降等問題。
最后，納米電池技術(shù)雖然已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中取得了一些進(jìn)展，但是紙上談兵的意味比較大，將其商業(yè)化仍然面臨一系列挑戰(zhàn)，包括成本效益、可擴(kuò)展性、安全性和大規(guī)模生產(chǎn)等方面。要實(shí)現(xiàn)納米電池的商業(yè)應(yīng)用，就需要先解決這些問題。
