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有人说,谁能解决电池的问题,谁就能成为下一个世界首富,你怎么看?

来源: admin 发布于:2022-06-04 03:41:05

我相信科技可以改变世界。

1776年瓦特制造出第一台有实用价值的蒸汽机,以后又经过一系列重大改进,使蒸汽机成为了万能的原动机,在工业上得到广泛应用,引导了第一次工业革命。

1866年,德国人维尔纳冯西门子制成了发电机,之后电器开始代替机器,最终引导了第二次工业革命,而他也创建了大名鼎鼎的西门子公司。

1946年约翰冯诺依曼发明了计算机,如今计算机已遍及学校、企事业单位,进入寻常百姓家,成为信息社会中必不可少的工具,也引导了第三次工业革命。

2007年1月9日,乔布斯在旧金山马士孔尼会展推出第一款iPhone手机,iPhone上市后引发热潮及销情反应热烈,部分媒体誉为“上帝手机”,如今的苹果公司市值高达2万亿美元,现金储备高达1万亿人民币。

瓦特、西门子、冯诺依曼、乔布斯均名垂青史,至于个人拥有多少财富并不得而知,但是相信一定不会少。

那么就一起来看一看电池领域的未来吧!

先来了解一下电池的发展历史

电池指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间,能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。随着科技的进步,电池泛指能产生电能的小型装置。电池具有结构简单、携带方便、充放电操作简便易行、性能稳定可靠的特性。

1746年,荷兰莱顿大学的马森布罗克在发明了收集电荷的“莱顿瓶”,这就是电池的原型。

1780年,意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时,使用不同的金属器械,同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,因此发现了“生物电”。

1799年,意大利物理学家伏特成功地制成了世界上第一个电池──“伏特电堆”,也就是串联电池组。

1836年,英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良,制造出第一个不极化,能保持平衡电流的锌─铜电池。

1860年,法国的雷克兰士发明了“湿电池”,也就是碳锌电池的前身。

1887年,英国人赫勒森发明了干电池,由于不会溢漏,便于携带,因此获得了广泛应用。

1890年爱迪生发明可充电铁镍电池。

19世纪70年代,英国化学家斯坦利惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。

1980年,美国物理学家约翰巴尼斯特古迪纳夫发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。

1982年,麻省理工大学发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年美国物理学家,约翰班宁斯特古迪纳夫 发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

约翰班宁斯特古迪纳夫是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一,被业界称为“锂电之父”。

1992年,索尼发布首个商用锂离子电池,但是在当时,由于售价高昂,电池容量过低,市场看不到任何的优势,也只能在自家的产品上使用,但这仍然是一次伟大的创新。

1994年,“戴尔笔记本电脑,让你在飞机上从纽约用到洛杉矶!”这句广告语让戴尔笔记本电脑彻底火了。戴尔的笔记本产品首次采用锂离子电池,凭借锂离子电池的卖点彻底大火,之后,许多手机的厂商便将自家产品用的是锂离子电池作为产品的一大卖点。这也奠定了锂离子电池后来碾压镍氢电池,成为手机标配的基础

1996年磷酸铁锂正极材料问世,比传统的正极材料更具优越性,锂离子电池得到进一步发展。

今天锂离子电池广泛应用在智能手机、电动汽车、家用电器上,成为我们生活中不可缺少的储能工具。

电池技术十几年没有突破,进入了发展瓶颈。

2007年1月9日,苹果发布第一代iPhone,一块大屏,一个按键,一个听筒,如此简单的设计,在当时引起了不小的轰动,时至今日,这种设计仍然被各大手机厂商所使用,但是这样的设计也有一个很大的缺点电池无法更换,手机续航回到了一天一充的水平。

特斯拉是世界知名电动汽车厂商,2003年所发布的T-Zero行驶里程就达到了480公里,超强续航、漂亮外观、吸引了越来越多的消费者,特斯拉很快成为了汽车界耀眼的明星。但是时至今日,特斯拉及其他电动车厂商,仍然面临着最大的问题:就是电池续航问题。

目前电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段,很多人不禁疑惑,为什么手机芯片、屏幕、内存都在快速升级,而手机电池技术却停滞不前。电池比芯片更难吗?

短短十几年,芯片由80nm技术升级到5nm技术,性能更是翻了成百上千倍。

屏幕由不到3英寸升级到6英寸以上,屏幕像素更是突飞猛进。

手机内存从几十兆,升级到现在的8G、12G,容量升级到了512G。

然而手机电池却没有明显的进步,2005年上市的诺基亚1110,电池容量为900mAh,2020年发布的iPhone 12电池容量为2775mAh,电池容量池仅增长了2倍。

诺基亚1110我们可以使用2-3天,然而现在的iPhone 12恐怕连一天也坚持不了吧!我们每天机不离手,手不离机,通讯,游戏,社交,娱乐统统在手机上,很多关键时候手机就会没电,为什么我们的手机电池就不能再多些电,或者永久续航

目前应用的电池大都是锂电池,电池的核心物质是“锂元素”,锂元素是元素周期表中电位最低的金属,用金属锂作电极材料才可以在正负极之间产生最大的电位差(锂离子电池中锂作负极材料,锂金属电池中锂作正极材料),工作时才能产生最大的电压,才可以储存更多的电量。

锂电池单位重量的能量密度达到了铅蓄电池的5倍,而且电池能量密度每年都在升级,大约3%左右,十几年累积下来,也算是不小的进步,但是芯片技术的进步早已把电池技术的进步抹平了,因此我们感觉手机电池电量总不够用。

锂离子电池依靠锂离子在电解液中运动实现充放电,原理清晰、技术也清楚,但是进步空间越来越小,要想提高锂离子电池的性能和能量密度,必须从材料上下手。

而现在没有找到这种完美的材料,或者找到的材料太贵,我们用不起。

解决石墨烯电池的难题,就可以逆袭特斯拉,并将引领一次能源革命首先来看一看石墨烯电池

石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。

石墨烯电池具有以下几个优点:

应用石墨烯材料制成的新型电池,尺寸和重量均将变小;能量储存密度得到了数十倍的提高,也意味着续航时间延长数十倍;极大的缩短电池充电时间,数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟;石墨烯电池也有它最大的缺点,就是价格太贵了,素来有“黑金子”之称的石墨烯在中国市场上的价格近十倍于黄金,超过2000元/克,这样的价格恐怕石墨烯电池只能待在实验室里了。

其实石墨烯并不是新发现的材料,它就是由石墨通过层层剥离得到的。2004年曼彻斯特大学的安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫用机械剥离法成功在石墨中剥离出石墨烯,并对其组成、结构和性质的现有理论描述为研究提供了信息,也因此获得了诺贝尔物理奖。

石墨烯是发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

而石墨烯电池,也会突破电池技术瓶颈,引领一场能源革命。

电池应用市场有多大呢?

我们现在所使用的的电池大都是锂电池,因为锂电池比铅酸电池在性能和环保上有很大的优点。

锂电池分为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料等等。 各个应用领域选用的材料也不尽相同,

锰酸锂:手机、数码。笔记本电脑、电动自行车 ;磷酸铁锂电池:UPS、工业电池、电动自行车、电动汽车等;三元材料电池:航模、电动工具、玩具电池等。未来仅仅储能和电动汽车就能够达到数十万亿的市场。

由于石油、煤炭等传统能源已经成为了环境污染、温室效应的一大难题,为了解决这个问题,世界各国纷纷上马太阳能、风能等新型能源,虽然能够解决环境问题,但是同样面临一个新问题,那就是风能、太阳能所发出的电不稳定,并入电网后带来了电网的波动。

此时锂电池的出现可以解决这个问题,利用电池储能技术弥补电力系统中缺失的“储放”功能,改变电能生产、输送和使用同步完成的模式,使得实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”,提高电网运行的安全性。

除应用于电力系统外,储能在通信基站、数据中心和UPS等领域可作为备用电源。

据测算,2021-2025年,新增储能市场空间合计1.6万亿,年复合增速34%,2025-2030年,新增储能市场空间合计6万亿,年复合增速30%。

电动汽车市场同样需求庞大

2020年我国汽车保有量达2.81亿辆 与美国并列世界第一,仅中美两国汽车保有量就达到了5.6亿辆,那么全世界汽车保有量会更多吧,如果仅仅把中美两国现有的汽车更换成电动汽车,就足以支撑起10万亿的市场。

如果石墨烯电池能够商用那么未来会出现巨大的变化:

首先是智能手机,我们不再天天充电,充满一次电,可以使用几天,刷剧、抖音、视频想怎么玩就怎么玩,大街上恐怕再也看不到移动充电宝了。

汽车领域,一款安全、超级续航、快速充电的电动车将会很快诞生,逆袭特斯拉也绝对大有可能。

储能领域,风能、太阳能等新型能源依靠电池的储能技术,迅速占领市场,石油、煤炭企业将快速萎缩。环境问题会得到极大的改善,届时再现蓝天白云,青山绿水。

绝对有可能逆袭特斯拉

2021年1月9日,马斯克身家超过1850亿美元,超越位于福布斯实时富豪榜的贝索斯,成为了世界首富。

如果解决石墨烯电池的应用难题,能够逆袭特斯拉吗?我认为很有可能,你觉得呢?

问答总结随着科技的快速发展,电池技术遇到了瓶颈,已经制约了很多新技术的应用,如果电池问题被解决的话,电动汽车会快速地发展,替代传统燃油车。

在储能领域,利用风电、太阳能发电,然后进行存储,在需要的时候再释放,完全的清洁能源,会迅速挤压煤炭、石油等传统能源的空间,改变能源结构。

一场能源革命的到来,一定是震撼的,而这场革命催生一个新的世界首富也是完全有可能的。

我是科技铭程,以上是我的回答,希望可以帮到您,如有不妥之处,敬请批评指正!

一、电池的发展史首先,我们来大致看一下电池的发展史。

1800年,意大利物理学家亚历山德罗伏特发明了世界上第一块电池。

1859年,由法国物理学家贾斯顿普兰发明了最早可以充电的电池,铅酸蓄电池。

大约在1947年,镍镉电池问世,它多使用在对能量需求更大的场合。

1950年,碱性锌锰电池问世。

1960年,燃料电池问世。

1970年 ,锂电池问世。

1980年,氢镍电池问世。

1991年,索尼生产出第一块商用锂电池。

在20世纪大多数时间里,铅酸蓄电池和镍镉电池主宰了整个充电电池市场,这两种电池至今仍被人们使用着。尽管在单位体积存储电量上,这两种电池比不上新型的电池,但是它们的制造成本低,价格上有极大的优势,如今几乎所有汽车的启动发动机都是靠小型铅酸蓄电池组提供脉冲电能的,占据了全球充电电池市场的近一半。在飞机及火车上,人们使用镍镉电池作为紧急备用动力来源。

21世纪初,锂电池开始大规模的应用于,手机、笔记本电脑等数码电子产品,并一直延续至今。

我们可以明显感受到这些年科技的进步与发展。单从手机这个缩影来看,摩托罗拉在1974年发布了第一部手机,在不到半个世纪时间里,手机的变化可以说是日新月异,在外观、性能、拍照…是朝着全面性、均衡性发展。满足了多数人听歌、拍照,以及记录视屏等基本要求,不用带各种电子设备,使人们只带一部手机,就可以做到覆盖人们生活中80%以上的适应需求,极大的方便了人们的出行。

二、发展瓶颈但是,相比于屏幕,处理器的升级,我们现有的电池技术,主要还是采用上个世纪发明的锂电池技术。在30多年的发展中,电池的核心技术并没有得到核心的突破,科学家们在把元素周期表的所有元素进行推演,依旧没有发现可以完美替代锂电池的存在。锂电池较高的能量密度,在单位重量下存储的电量是铅蓄电池的5倍以上,且自身重量轻,不是重金属,对环境污染低,也是它一直在使用的原因。在锂电池基础上,科研者也在不断的寻求新的正极材料,以及更换电解质溶液来提升电池的容量,但今天智能手机的耗电情况也一直在增加,此消彼长下也就没有明显的提升。

三、新型电池当下,市场也出现了一些新的电池技术:石墨烯电池,柔性太阳能电池,锰氢气电池。

1.石墨烯电池:自2010年制备石墨烯的方法获得诺贝尔物理学奖一来,就一直受到人们的关注。石墨烯电池,是指利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,而开发出的一种新能源电池。诸多优良性能,如透光性好,导电性能优异、导热性较高,机械强度高受到欢迎,但是目前生产工艺不成熟,难度大,性能不稳。前段时间听传华为已经成功研制石墨烯电池,不知真假。(其实也有很多人觉得石墨烯在国内过分夸大,石墨烯电池前景并不会特别好)。

2.柔性太阳能电池:柔性太阳能电池,是薄膜太阳能电池的一种,而且技术先进、性能优良、成本低廉、用途广泛。在金属表面照射紫外光,可以发生光电效应。

3.锰氢气电池:锰氢气电池是由美国斯坦福大学崔屹教授领衔的研究团队研发的一种电池,可循环充电超万次的锰氢气电池,用高表面积的碳作为正极集流体( ps :集流体就是汇集电流的结构或零件),用由催化剂控制的氢气作为负极,用硫酸锰盐作为电解液,可循环充电1万次以上,寿命可达10年以上。使用前景虽然不错,但是目前看依然没有那么快实现规模化。

四、总结其实现在手机充电速度的不断提升,也是局限于电池技术发展缓慢,在不能总体提升电池容量的情况下,提升充电速度是唯一的选择。

可以说,电池就是未来的下一个风口,价值不可估量。电池技术的解决,对科技电子产业的推动作用是非常巨大的,手机、笔记本等可以在现有得基础上,做的更加的纤薄,更加美观,可以为电子产品腾出更多的空间,去放置更多的元器件。而且,近年来电动汽车作为新能源汽车的出现,受到了国家的重视,电池问题的解决,也会很好的推进该产业的快速发展。同样对其他产业也会起一个多米诺骨牌效应。

谁解决电池的问题,谁就是未来的首富,也是很有根据的。

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