新型量子电池“battenice”—输出功率接近电容

创客

日本Micronics Japan公司与Guala Technology公司（总部：神户市）共同开发出了新原理充电电池“battenice”的量产技术。这种电池不同于化学电池，而属于采用量子技术的物理电池。并且，这种电池的放电特性象化学电池那样可保持一定的电压，而不是象双电层电容器那样电压会随着放电成比例下降。

Micronics Japan公司认为，battenice可实现1.5V电压，500Wh/L能量密度，8000W/L的输出功率密度，充放电寿命（维持在初期容量的90％以上时）为10万次，工作温度范围-25～+85℃。

这种新型电池是采用由绝缘膜（绝缘性树脂或无机绝缘物）包裹的n型金属氧化物半导体〔如二氧化钛（TiO2）、二氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）等〕的微粒子作为充电层制成的。在制造过程中，通过在某种条件下向该充电层照射紫外线，n型金属氧化物半导体的带隙（价带与导带之间的宽度）内便可形成很多新的能级。充电时电子进入这些能级，而放电时这些能级中的电子便释放出来，从而起到充电电池的作用。

优缺点鲜明

据Micronics Japan公司介绍，新型电池具有以下优点：（1）全固体构造，无需担心漏液；（2）因不使用可燃性材料，无需担心过热起火；（3）不使用稀有金属和稀土材料，无需担心资源短缺；（4）不使用环境负荷高的物质，有利于环保；（5）充放电寿命长（加速试验已证实可充放电1万次以上，现正以10万次为目标开发），有利于减少废弃物；（6）输出功率密度与电容器比肩，等等。

那么，这种新型电池能不能取代锂离子充电电池呢？关于这一点目前认为还不能一概而论。因为这种电池每个电极的能量密度比不上高性能锂离子充电电池，并且如果没有技术性突破，能量密度很难大幅提高。毕竟现在的消费类锂离子充电电池，圆柱型电池“18650”的能量密度已超过650Wh/L。而这种新型电池的初期产品目标是500Wh/L；新型电池目前在一块基板上能够形成的充电层限定于薄膜状，并且最多只能形成2层（在基板的两面上形成）。

期待形成新市场

新型电池与锂离子充电电池相比，具有以下几个优点：输出功率密度非常高、无需担心因漏液和过热而起火、无需担心资源枯竭、充放电寿命长等。可以考虑利用这些优点，找到与锂离子充电电池不同的有效用途。因此，希望新型电池不仅可以象原来那样层叠起来做成块状电池使用，还可以利用薄片状的特点，应用于可穿戴设备，以及与薄膜太阳能电池结合起来，作为基板内置电池等柔性薄膜电池使用，以期形成新的市场。

Micronics Japan公司表示，这种电池可以卷对卷制造。并且，无需化学电池所需的1～2周老化工艺。如果利用这种高量产性，可以量产多种外形尺寸，还可通过在卷上实施串联或并联，应对输出电压多样化的需求。

雷锋评论

笔者之前的科普文初步介绍过车用电池和电容的特点区别：

电池储能的功率密度低，过充电、过放电和频繁充放电都会影响寿命，不能迅速转化吸收大量能量，难以满足车辆在制动或起动时的功率需求。因此人们开发了车用超级电容，可以适应瞬间充放电和频繁充放电，循环寿命长，受低温影响小，电量检测方便，而且超级电容器的生产成本每年都在以低于 10% 的比例减少。

但是超级电容也有能量密度与电池差距较大、容易漏电等缺点，无法长期储存能量，所以也有研究人员在尝试电池电容混合的电力系统，同时兼顾电容充放电迅速和电池能量密度相对较大的优点，用电容进行紧急充放电，用电池长期储存能量，电池和电容分工合作。

虽然battenice电池目前中长期的能量耗损表现还不清楚，但是按照目前资料，这种新型量子电池的性能特点不像化学电池，而是更接近电容。实用化之后也可以与传统电池搭配。battenice功率密度高，能量密度低，而化学电池正相反，优势互补，确实可以同时满足续驶里程和加速性能的要求，但是这对于整车厂的能量分配技术要求较高，这方面的开发经验，国内外差距依然很大。