隨時隨地獲取能源是現(xiàn)代社會的基礎(chǔ)，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(fā)是一項持續(xù)不斷的工作，有許多科學(xué)家正在利用創(chuàng)新的新材料和電極材料進(jìn)行重要但漸進(jìn)的進(jìn)步，也有人在完全重新發(fā)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(fā)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(dāng)你釋放它時，就可以釋放出能量。將此原理應(yīng)用于可堆疊混凝土砌塊塔，六臂起重機(jī)的作用就如同那根手指。
這是瑞士創(chuàng)業(yè)公司Energy Vault的愿景，它正在開發(fā)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(fēng)能和太陽能等可再生能源。為了給它充電，起重機(jī)將砌塊抬起來，并堆放起來以形成一個塔。當(dāng)起重機(jī)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(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換成電能，即可放電。
Energy Vault表示，其解決方案可容納高達(dá)35MWh的容量和4MW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(tǒng)。
二、構(gòu)建能夠容納設(shè)備的電池，而非容納電池的設(shè)備
電池設(shè)計新方案：將電池設(shè)計成滿足各種設(shè)備用途的任何形狀，能夠適應(yīng)各種設(shè)備的產(chǎn)品。
十月，德克薩斯州立大學(xué)和杜克大學(xué)的科學(xué)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(shè)計成任意形狀。PLA在典型狀態(tài)非離子導(dǎo)體。
科學(xué)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(fù)電極中使用石墨烯。
通過這些改進(jìn)，該團(tuán)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(chǔ)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(yīng)用還差一些距離，但其為產(chǎn)品設(shè)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(xué)院網(wǎng)格級能量存儲系統(tǒng)的渲染圖，被稱為“箱子中的太陽”。不過目前階段僅僅是一個概念，它基于當(dāng)前被稱為熔鹽系統(tǒng)的技術(shù)，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(fā)光。這意味著熔融硅系統(tǒng)不是使用熱交換器來煮沸水來發(fā)電，而是能夠使用多聯(lián)光伏太陽能電池從硅發(fā)出的光中發(fā)電。
他們用一個微型箱體測試了這個概念，它可以被引導(dǎo)到一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(shè)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(xué)開發(fā)可瞬時充電的螺旋形電池結(jié)構(gòu)
不過現(xiàn)在，康奈爾大學(xué)的工程師們開發(fā)出了一種不同尋常的新結(jié)構(gòu)，因其采用了相互交織的旋渦狀結(jié)構(gòu)、并且擁有瞬時充電的特性。這項新技術(shù)基于一套復(fù)雜的多孔形狀 —— 螺旋 24 面體(gyroid)—— 在此之前，它經(jīng)常被用于制造“二維奇跡材料”石墨烯。
康奈爾大學(xué)開發(fā)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(shù)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(dǎo)電聚合物來填充最后一部分空隙。
每個細(xì)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(gòu)的能量密度，比傳統(tǒng)電池設(shè)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(lǐng)域大有應(yīng)用前景。
哥大科研人員啟發(fā)自人體脊椎設(shè)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(wěn)定的電壓。
