大连化物所开发出多电子转移高能量密度水系电池

大连化物所开发出多电子转移高能量密度水系电池溴-碘卤素化合物构建的多电子转移正极。大连化物所供图能量密度和安全性是衡量二次电池的重要标准。传统的非水系锂离子电池尽管具有高的能量密度，但其采用的有机电解液易燃，安全性问题难以保障。水系电池采用水作为溶剂，具有安全性。然而，水系电池的能量密度一般较低，单位体积内的电池储存的电量较少。本工作中，李先锋团队使用碘离子和溴离子混合卤素溶液作为电解液，构建了碘离子（I-）到碘单质（I2）进而到碘酸根（IO3-）的多电子转移反应。其开发的多电子转移正极比容量达840安时/升，该正极与金属镉组成全电池，基于正极侧的能量密度超过1200瓦时/升。优化后的电解液，溴化物充当了氧化还原的“桥梁”，大幅度提高了电池的效率和反应速率。该研究有望拓宽高能量密度水系电池的研究途径，为高能量密度水系电池的设计提供一种新思路。此外，该研究还拓展了水系电池的应用范围，有望应用在动力电池等领域，为环境保护和能源结构升级提供技术保障。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01515-9...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429650.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429650.htm

伯克利实验室开发的新型微型电容器显示出创纪录的能量和功率密度

伯克利实验室开发的新型微型电容器显示出创纪录的能量和功率密度访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器微型电容器技术的突破劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和加州大学伯克利分校的科学家们在克服这些挑战方面迈出了重要一步，最近在微型电容器中实现了创纪录的高能量和高功率密度。这些电容器由氧化铪和氧化锆的工程薄膜制成，采用了芯片制造中常见的材料和制造技术。他们的研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上，可彻底改变下一代电子产品的片上能量存储和电力传输。伯克利实验室资深科学家、加州大学伯克利分校教授兼项目负责人赛义夫-萨拉赫丁（SayeefSalahuddin）表示："我们已经证明，在由工程薄膜制成的微型电容器中存储大量能量是可能的，比普通电介质存储的能量要多得多。更重要的是，我们使用的材料可以直接在微处理器上进行加工。"这项研究是伯克利实验室为开发更高效的微电子学新材料和新技术所做的更广泛努力的一部分。在三维沟槽电容器结构中使用工程氧化铪/氧化锆薄膜制成的微型电容器--与现代微电子中使用的结构相同--实现了创纪录的高能量存储和功率密度，为片上能量存储铺平了道路。图片来源：NirmaanShanker/SurajCheema电容器基础知识与挑战电容器是电路的基本元件之一，但也可用于储存能量。与通过电化学反应储存能量的电池不同，电容器通过在两块被绝缘材料隔开的金属板之间建立的电场储存能量。在需要时，电容器可以快速放电，从而可以快速供电。此外，电容器不会因反复充放电循环而老化，因此寿命比电池长很多。不过，电容器的能量密度通常比电池低得多，这意味着它们在单位体积或重量上可存储的能量更少，而当试图将它们缩小到微型电容器大小用于片上能量存储时，这个问题只会变得更糟。SayeefSalahuddin（左）和NirmaanShanker在实验室。图片来源：MarilynSargent/伯克利实验室研究方法和结果研究人员通过精心设计HfO2-ZrO2薄膜来实现负电容效应，从而制造出革命性的微型电容器。通常情况下，将一种介电材料层叠在另一种介电材料之上会导致整体电容降低。但是，如果其中一层是负电容材料，那么整体电容实际上会增加。在早先的研究中，萨拉赫丁及其同事展示了利用负电容材料生产晶体管的方法，这种晶体管的工作电压大大低于传统的MOSFET晶体管。在这里，他们利用负电容生产出了能够存储更多电荷的电容器，因此也存储了更多能量。这些薄膜由HfO2和ZrO2混合制成，采用工业芯片制造的标准材料和技术进行原子层沉积。根据这两种成分的比例，薄膜可以是铁电性的，即晶体结构具有内置的电极化；也可以是反铁电性的，即通过施加电场可以使晶体结构进入极化状态。当成分调整得恰到好处时，给电容器充电产生的电场会使薄膜在铁电和反铁电秩序之间的临界点达到平衡，这种不稳定性会产生负电容效应，即使很小的电场也能轻易地使材料极化。萨拉赫丁课题组的博士后、论文的主要作者之一苏拉杰-切马（SurajCheema）说："在相变过程中，单元格确实希望被极化，这有助于在电场作用下产生额外的电荷。这种现象是负电容效应的一个例子，但可以把它看作是一种捕获比正常情况下更多电荷的方法。"为了提高薄膜的储能能力，研究小组需要增加薄膜厚度，同时又不使其松弛出受挫反铁电-铁电状态。他们发现，通过在每隔几层HfO2-ZrO2后穿插原子级氧化铝薄层，可以将薄膜厚度增加到100纳米，同时保持所需的特性。最后，研究人员与麻省理工学院林肯实验室的合作者合作，将薄膜集成到三维微型电容器结构中，在硅片上切割的深沟中生长精确分层的薄膜，长宽比高达100:1。这些三维沟槽电容器结构可用于当今的DRAM电容器，与平面电容器相比，其单位面积电容要高得多，从而实现了更大的微型化和设计灵活性。由此产生的器件具有破纪录的特性：与当今最好的静电电容器相比，这些微型电容器的能量密度高出9倍，功率密度高出170倍（分别为80mJ-cm-2和300kW-cm-2）。萨拉赫丁说："我们获得的能量和功率密度远远高于我们的预期。多年来，我们一直在开发负电容材料，但这些结果令人十分惊讶。"未来发展方向这些高性能微电容器有助于满足物联网传感器、边缘计算系统和人工智能处理器等微型设备对高效、微型化能源存储日益增长的需求。研究人员目前正在努力扩大技术规模，将其集成到全尺寸微芯片中，并推动基础材料科学的发展，以进一步提高这些薄膜的负电容。"有了这项技术，我们终于可以开始实现在芯片上无缝集成极小尺寸的能量存储和电力传输，"Cheema说。"它可以开辟微电子能源技术的新领域。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431400.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431400.htm

Amprius研发的超高密度电池背心可以为未来作战人员提供双倍能量

Amprius研发的超高密度电池背心可以为未来作战人员提供双倍能量这个想法很简单：未来的士兵需要以最小的重量携带最大的能量，为他们在战场上穿戴、藏匿和随身携带的大量任务关键型电气硬件提供能量。Amprius声称，其超高密度电池的运行时间将是现有解决方案的两倍，使士兵们无需停下来充电，就能在野外坚持更长时间。美国陆军正在研发下一代可穿戴式共形电池（CWB），它将为士兵的集成视觉增强系统和其他任务关键型通信设备、传感器、可穿戴电子设备，以及一些现在可能只有科幻作家才会想到的硬件提供一体化电源。这种电池的设计理念是用一种单体流线型电源取代形状和大小各异的特定物品电池，这种单体流线型电源采用轻薄、灵活的结构设计，可与人体完美贴合。InventusPower公司生产当前一代的共形可穿戴电池，是2021年被选中参与订单竞争的四家国防承包商之一。Amprius是为该项目向Inventus公司提供高能量电池的电池专家之一，Enovix公司也是其中之一。该公司今年1月宣布已完成该项目的硅阳极安全锂电池的首次批量装运，本周又确认将为CWB电池组的进一步开发提供电池。Amprius公司首席执行官孙康博士在周四的公告中表示："此次电池组集成标志着我们在为美国陆军提供地面电源解决方案方面取得了重大进展。我们的SiMaxx安全电池以其高能量密度和安全特性而著称，将在提高下装士兵的任务时间和可靠性方面发挥至关重要的作用。"秘密成分：Amprius称其硅纳米线配置能更好地适应硅膨胀，并为离子和电子提供导电路径SiMaxx是Amprius公司独创的电池结构的最新商标名称，该结构将传统的石墨负极换成了纳米线结构的硅。硅能容纳多达10倍的锂离子，从而提高了能量容量，而纳米线结构则能更好地适应离子移动过程中的体积膨胀和收缩，从而防止硅降解。经MobilePowerSolutions于2023年验证，SiMaxx电池的能量密度达500Wh/kg（重量）和1300Wh/kg（体积）。Amprius公司在2022年开始出货时，最初估计的能量密度分别为450Wh/kg和1150Wh/kg。虽然我们已经看到有其他500Wh/kg的电池发布，有些甚至在实验室环境中超过了700Wh/kg，但SiMaxx电池仍然是我们所见过的最高密度电池，而且已经可以出货。与现有的军用电池解决方案相比，SiMaxx电池的这种超强能量密度可使电池组的能量增加一倍，而不会增加电池组的重量或体积。这样，士兵就可以执行更长时间的任务，而无需停下来充电。去年，采用凝胶聚合物电解质的390瓦时/千克SiMaxx电池迭代产品通过了美国军方要求的指甲穿透测试，这对于面临潜在子弹、弹片和其他战场危险的士兵佩戴的电池来说是至关重要的一步。这种电池包将与防弹衣集成，可佩戴在胸部、侧面或背部。AmpriusSiMaxx电池是能量密度最高的即用型锂电池芯陆军计划在2030年5月之前实施的CWB项目也帮助Amprius提高了生产能力。根据美国陆军资助的制造技术（ManTech）计划，该公司在1月份装运首批CWB电池之前完成了生产规模的扩大。4月份，它又完成了工具鉴定过程，将加州弗里蒙特工厂的产能提高到2兆瓦时。位于科罗拉多州的第二个生产基地预计将于2025年投产，届时公司的产能将达到千兆瓦时规模。除了大功率可穿戴设备，Amprius的电池技术还引起了电动航空、卫星和无人机行业的兴趣，并在太阳能汽车挑战赛中大放异彩，在去年的比赛中包揽了前四名。虽然我们还没有听到任何具体的电动汽车计划，但该公司提到了电动汽车领域是未来的一个市场，预计将其硅阳极电池应用于特斯拉Model3电池组，EPA续航里程将从310英里（500公里）提高到547英里（880公里）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430592.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430592.htm

长安汽车：正开展新型电池的原型电芯设计，预计能量密度将突破 1300-1500Wh/kg

长安汽车：正开展新型电池的原型电芯设计，预计能量密度将突破1300-1500Wh/kg长安汽车近期接受投资者调研时称，技术路线上，长安汽车着力电芯技术的突破。围绕液态电池材料改性、体系优化等开展技术攻关，不断提升电池能量密度，充电倍率做到应用3C，普及5C，预研7C，最快实现充电7分钟，续航400公里。深耕半固态、固态电池的全新电解质材料开发、关键工艺开发，基于整车需求，正向开发领先的固态电池，从2025年开始逐步量产应用，重量能量密度达到350-500Wh/kg、体积能量密度750-1000Wh/L，2030年全面普及应用。新型电池方面，正在开展锂硫电池、金属电池等新型电池的原型电芯设计，预计能量密度将突破1300-1500Wh/kg，力争在2035年实现搭载应用。

郭明𫓹：信维通信为新款 iPhone 16 Pro Max 的电池能量密度升级的主要受益者

郭明𫓹：信维通信为新款iPhone16ProMax的电池能量密度升级的主要受益者天风国际分析师郭明𫓹最新的供应链调查指出，iPhone16ProMax的电池芯之能量密度(Wh/kg)将提升，好处在于同样的电池体积下有更长的续航力，或同样续航力下降低电池体积。若此新电池设计(电池芯能量密度升级&采用不锈钢电池壳)量产顺利且反馈良好，2H25新款iPhone将全面采用此新电池设计。信维通信为不锈钢电池壳的主要供应商，此订单对信维通信的2024年营收贡献低于5%，但因Apple对冲压生产程序要求标准高，故毛利率优于一般金属冲压件，有利信维通信2H24获利。展望2025年，若所有2H25新款iPhone均采用此新设计，则可订单对信维通信2025年营收与利润的贡献可望成长200–250%，有利信维通信的2025年营运动能。

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构浦项科技大学（POSTECH）化学系的SoojinPark教授和博士生Dong-YeobHan与韩国能源研究所（KIER）的GyujinSong博士以及浦项N.EX.THUB的研究团队合作开发出了一种三维聚合物结构。这种轻质结构有利于锂（Li）离子的传输。他们的研究成果最近发表在国际期刊《先进科学》（AdvancedScience）的网络版上。电池技术的进步用于电动汽车和智能手机等电子设备的电池技术不断发展。值得注意的是，锂金属阳极的能量容量为3860mAh/g，是目前商业化石墨阳极的十倍以上。锂金属阳极可以在更小的空间内储存更多的能量，而且与石墨或硅不同，锂金属阳极可以作为电极直接参与电化学反应。然而，在充电和放电过程中，锂离子的不均匀分布会产生被称为"死锂"的区域，从而降低电池的容量和性能。此外，当锂向一个方向增长时，它可能会到达相反一侧的阴极，从而造成内部短路。虽然最近的研究重点是优化三维结构中的锂传输，但这些结构大多依赖重金属，大大降低了电池的单位重量能量密度。锂电沉积后的混合结构内部几何形状示意图。资料来源：POSTECH用于阳极的创新型三维结构为了解决这个问题，研究小组利用聚乙烯醇（一种对锂离子具有高亲和力的轻质聚合物）与单壁碳纳米管和纳米碳球相结合，开发出了一种混合多孔结构。这种结构比通常用于电池阳极的铜（Cu）集流体轻五倍以上，对锂离子有很高的亲和力，有利于锂离子通过三维多孔结构中的空隙迁移，实现均匀的锂电沉积。在实验中，采用了该团队三维结构的锂金属阳极电池在经过200多次充放电循环后表现出很高的稳定性，并达到了344Wh/kg（能量与电池总重量之比）的高能量密度。值得注意的是，这些实验使用的是代表实际工业应用的袋装电池，而不是实验室规模的纽扣电池，这凸显了该技术商业化的巨大潜力。POSTECH的SoojinPark教授表达了这项研究的意义，他说："这项研究为最大限度地提高锂金属电池的能量密度开辟了新的可能性"。KIER的GyujinSong博士强调说："这种结构兼具轻质特性和高能量密度，是未来电池技术的一个突破"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433139.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433139.htm