我們的許多常見設(shè)備都使用可充電電池(也稱為“二次”電池)，而不是一次性使用的不可充電電池(原電池)。我們預(yù)計遲早我們需要在某個時候更換不可充電電池，假設(shè)整個單元不是“一次性”的一次性產(chǎn)品(我知道在大多數(shù)情況下這是一件壞事，但有時它是為產(chǎn)品供電的唯一可行且有效的方式)。但是，使用帶有可充電設(shè)備的產(chǎn)品也很容易讓我們感到舒適，以至于我們很容易忘記，它們的使用壽命也是有限的，這取決于它們可以支持的充電/放電循環(huán)次數(shù)，同時還能提供大部分原始容量。
我們可以預(yù)期多少個周期?與現(xiàn)實世界中的大多數(shù)情況一樣，答案很簡單：“視情況而定”。它取決于多種因素，例如電池化學(xué)成分、質(zhì)量、電池組結(jié)構(gòu)、電池管理系統(tǒng) (BMS) 的算法(如果有)、用戶放電/充電模式和深度、工作溫度、占空比和更多的。沒有單一的答案，但一個很好的初步估計是，在充電和使用電池的能力嚴(yán)重降低之前，有 500 到 1000 個循環(huán)(而且標(biāo)準(zhǔn)也不同)。
毫無疑問，您已經(jīng)經(jīng)歷過“沒電”(或幾乎沒電)的可充電電池場景。修復(fù)它的范圍從簡單到令人沮喪，幾乎不可能克服。一些設(shè)備通過使用標(biāo)準(zhǔn)可充電電池(如 AA 或 18650 尺寸)以及方便的訪問安排來簡化操作。
另一端是定制尺寸和/或難以使用的可充電電池?？蛻粲押眯驮O(shè)計應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)電池(起搏器和類似設(shè)備除外)并使其易于更換(同樣有非常合理的例外情況)。
出于這些和其他原因，我嘗試跟蹤一般電池技術(shù)進(jìn)展的研發(fā)更新，特別是可充電電池，以及從便攜式到網(wǎng)格尺寸的所有容量。這就是為什么我對查爾默斯理工大學(xué)(瑞典)的一個研究項目感到著迷、好奇和有些困惑。
在那里，一個團隊正在研究在可充電電池中使用混凝土。簡而言之，他們的開發(fā)使用了一種水泥基混合物，并添加了少量的短碳纖維，以增加導(dǎo)電性和彎曲韌性。然后，嵌入金屬涂層的碳纖維網(wǎng) - 陽極為鐵，陰極為鎳 - 被嵌入。研究人員研究了他們的混凝土電解質(zhì)、陽極和陰極的兩種不同布置，具有層狀結(jié)構(gòu)和浸入式結(jié)構(gòu)，以及組合構(gòu)成材料和混合物的不同方式。
混凝土電池的兩種常見電池排列方式：(a) 層狀結(jié)構(gòu)和 (b) 浸入式結(jié)構(gòu)。
其結(jié)果是一種可充電電池，它基于整個建筑結(jié)構(gòu)中的大體積而不是按重量或體積計算的高能量密度的慣常優(yōu)點，使其具有可行性。他們對各種配方進(jìn)行了試驗，發(fā)現(xiàn)最佳版本的基于體積的能量密度為 0.8 瓦時/升。
相比之下，鋰電池的密度約為 250-70 W-hr/L，而鉛酸電池的密度約為 80-100 W-hr/L。顯然，這些混凝土電池的能量密度比其他領(lǐng)先的電池化學(xué)選擇低幾個數(shù)量級。
研究人員通過指出基于混凝土的可充電電池實際上是一種“幾乎一勞永逸”的資源，如果它們用于建造大量使用混凝土的建筑物，則可以應(yīng)對這些低數(shù)字。我可以理解這個邏輯，但也許不是：這是一句俏皮話的變體，“我們每個人都在虧錢，但我們在數(shù)量上彌補了它”，除了這里，我們關(guān)注的是能量密度而不是金錢.
最后，他們的研究有一個很大的警告：到目前為止，基于混凝土的細(xì)胞只能承受適度的循環(huán)次數(shù)。在許多方面，這個數(shù)字與能量密度規(guī)格一樣重要。他們的學(xué)術(shù)論文對這個周期數(shù)有點含糊，但暗示它處于低兩位數(shù)。使用這種可充電混凝土作為大型建筑材料意味著建筑物的結(jié)構(gòu)必須是模塊化的，以便可以移除和更換混凝土部分，然后您還必須處理移除的材料。這種新配方對混凝土本身強度的影響又如何呢?
坦率地說，這似乎不是一個有前途的方法，至少現(xiàn)在還不是。即使將評級提高到數(shù)百甚至數(shù)千次循環(huán)，混凝土建筑通常也可以使用 50 到 100 年。該混凝土可充電電池在整個生命周期內(nèi)需要多次更換。即使混凝土電池僅用于應(yīng)急備用電源，數(shù)字仍然看起來不太好。不過，我可能大錯特錯。盡管專家盡了最大的努力和權(quán)威人士的沉思，但長期的未來是不可預(yù)測和不可預(yù)見的?；蛟S這樣的電池可以用作已用完電的電動汽車的路邊增壓充電站：由于它們的重量和剩余材料價值低，它們不太可能被盜!
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