电动汽车（EV）、储能和其他新兴应用的需求的增加，促进电池技术的快速发展。2019年，在电池领域也出现了不少突破技术，比如10分钟内给电动汽车充电的技术、可完全充电的二氧化碳电池、全球首款可用的热电池等。下面让我们盘点一下这些电池领域的突破吧。

锂电池速热快充技术 可在10分钟内为电动汽车充电

提高温度，离子移动速度就会加快，充电速度相应提升

美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳教授团队在国际著名期刊Joule上发表了一项新型锂离子电池技术，该电池可在高温下充电以提高反应速率，但在放电时能保持电池的冷却。这种电池充电10分钟能为一辆电动汽车增加200英里续航。并且经过 2500 次充放电后，电池容量只有 8.3% 的损耗。

为了满足人们的出行需要，有必要设计出充电速度极快的电动汽车电池。电池中的离子从正极流向负极就会产生能量，这便是电池的充电过程，其充电速度受限于离子移动的速度。如果提高温度，离子移动速度就会加快，充电速度相应提升。然而长时间高温充电会让电解液分解，缩短电池寿命。

经过反复测试，王朝阳团队发现，如果电池能在充电前迅速加热到60摄氏度，快充10分钟，然后迅速降温到环境温度，那么就不会形成电池的热衰减，还能避免严重的固体电解质界面膜（SEI 膜）增长，后者是电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成的钝化层。

为了缩短加热时间并在统一的温度下加热整个电池，研究人员设计了一种自热镍结构的锂离子电池，这种电池的预热时间不到30秒。为了测试模型，他们对 3 款动力电池分别在40摄氏度、49摄氏度和60摄氏度下进行了恒温充电测试，以 20 摄氏度下充电作为对照，之后将电池拆解来检查其有无发生析锂（锂离子在负极表面的沉积）。

结果发现，经过 2500 次60摄氏度10分钟的极端快速充电（6 C，4.2 V），209 瓦时每千克（Wh / kg）的高能量密度电池电池仍可拥有 91.7％的容量，只有 8.3% 的容量损耗，这远远超过了美国能源部 （DOE） 的"500 次循环、容量损耗 20％"目标，并且在充电过程中未发现析锂。

以前人们普遍担心锂离子电池在高温下充电可能加速副反应，王朝阳团队的研究则表明，限定时间的高温充电所带来减少析锂的收益，远远大于副反应的负面损失。

可完全充电的二氧化碳电池

芝加哥伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的研究人员开发出了世界上第一个可完全充电的锂-二氧化碳电池，该电池能够进行500次充放电循环。

传统上，锂-二氧化碳电池放电时会产生碳酸锂和碳。碳酸锂在充电阶段会循环使用，但是碳会积聚在催化剂上，最终导致电池故障。

为了解决这个问题，研究小组在实验性二氧化碳电池中使用了新材料，以促进碳酸锂和碳的彻底回收。他们使用二硫化钼纳米薄片作为阴极催化剂，并使用离子液体二甲基亚砜混合电解质材料。这种材料有助于将碳纳入循环过程，防止性能损伤的累积。

这项研究发表在9月22日的《先进材料》杂志上。

会吸收二氧化碳的电池

随着地球趋暖，人类不只要减少将二氧化碳排放到大气中，还要想办法从空中吸取二氧化碳才能让地球降温。来自麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种独特的电池，充电时可以吸收二氧化碳，放电时释放纯化的二氧化碳供工业使用。

MIT开发的电池设备，该设备从空气或烟道气中捕获二氧化碳（红色），释放纯净二氧化碳（蓝色）

这套新设备由装有一系列电池电极的电池室组成，电极间则都有小的空隙供气体通过。这些电极被包裹在一种叫做聚对蒽醌、由碳纳米管组成的化合物中。

当电池充电时，每个电极堆表面都会发生电化学反应。由于电极对二氧化碳有着天然的亲和力，所以漂浮过去的二氧化碳分子就会被它们吸住进而粘附在电极壁上。

当这些电极充满过多二氧化碳而无法容纳更多的时候，系统就可以反向运行来清除二氧化碳。于是电池放电然后使得这些分子从壁上分离出来并被吹到一个单独的空间于是就有了纯净的二氧化碳，而二氧化碳本身就是一种有用的工业产品。

相关研究报告已发表在《Energy and Environmental Science》上。

半液态金属阳极 将锂电池容量提升10倍

卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）梅隆理工学院的研究人员研发出一种半液态锂金属阳极，可为电池设计提供一种新范式。利用此种新型电极制成的锂电池将具有更高的容量，而且与采用铝箔制成阳极的传统锂金属电池相比，更加安全。

半液态锂金属阳极

一般来说，锂电池由可燃的液体电解质和两个电极（阳极和阴极）组成，其中，阳极和阴极被薄膜隔开。在电池反复充放电之后，电极表面会生长锂枝晶，此类枝晶会刺破分隔两个电极的薄膜，从而让阴极与阳极接触，结果可能会导致电池短路，最糟的是，可能会起火。

研究团队创造出一种双导电聚合物/碳基复合材料，锂微粒在其上面可均匀分布。该碳基复合材料能够在室温下保持流动，从而可与固体电解质进行足够的接触。与使用固体电解质和传统锂箔阳极制成的电池相比，通过将半液态金属阳极与石榴石固体陶瓷电解质结合，能够使此类电池的能量密度高出10倍，从而使此类电池比传统电池的生命循环周期也更长。

CCT推出全球首款可用的热电池

2019年4月，澳大利亚初创公司Climate Change Technologies（CCT）推出了一种比普通锂离子供电电网存储方案更有效的解决方案。

CCT热能储存装置

CCT热能储存装置（TED）被称为世界上首款可用的热电池，预期寿命至少20年。与锂离子电池相比，它能够在同等体积下存储六倍电量，但价格仅为前者的60——80%。

TED热能储存装置采用了模块化的结构，可接受各种类型的电能存储，比如太阳能、风能、化石燃料等。装置通过加热融化高密度绝热室中的硅元素来储存能量，当需要反向输出的时候，可以通过热力发动机来实现。一个标准的 TED 装置，可以容纳 1.2 兆瓦的能量。

TED 支持灵活部署，支持从 5kW 起步、到数百兆瓦的无限扩展和即时访问。

该公司表示其电池在3,000个测试循环中均未出现明显衰退现象，并且预计它们可以使用20年或更长时间。

使用常用的工业聚合物来制造固体电解质 能量密度翻倍

固态电池与传统锂电池相比，内部为固态电解质，可避免发生化学反应及电池过热带来的风险。同时具有体积小、能量密度高等优点，被视作彻底解决电动汽车续航里程焦虑的关键技术。

使用常用工业聚合物来制造的固体电解质电池

2019年11月，澳大利亚迪肯大学（Deakin University）的研究人员展示了一种新型电池，该电池用常见的工业聚合物来制造固体电解质，有望使锂离子电池的能量密度增加一倍，这种固态锂电池在过热时不会爆炸或着火。

这项新技术使用了一种弱结合到锂离子的固态聚合物材料，来代替通常用作当前电池单元电解质的挥发性液体溶剂。通过避开容易着火的挥发性液体电解质，可以让电池更安全。此外，这可能是使锂电池能量密度增加一倍的方法，能让电动汽车具有更大的续航里程，或者让电动车用上更小、更便宜且更轻的电池组。

全球最大规模的锂电池组明年将再扩50%

2017年，特斯拉和法国可再生能源公司 Neoen 获得了建造世界上最大的锂离子电池的合同，为南澳大利亚州打造100兆瓦/129兆瓦时的电力存储系统。

霍恩斯代尔电力储备站

现在，这个全球最大的电池将很快要变得更大。2019年11月，特斯拉宣布霍恩斯代尔电力储备站（Hornsdale Power Reserve）的规模将在明年年初再增加50%。