电池研发进展可人：盘点近期出现的电池技术

镜看到，海洋细菌希瓦氏菌的合成版本与碳电极发生互动

　　汤姆-克拉克博士正在东安格利亚大学进行研究的希瓦氏菌

　　汤姆-克拉克博士正在东安格利亚大学进行研究的希瓦氏菌

　　生物电池可以用来为手机充电器提供电能

　　记者日前获悉，复旦大学吴宇平教授领导的课题组突破传统旧制，首次提出“电位穿越”理论，并制成了平均充电电压为2.4伏、放电电压为4.0伏的新型水溶液可充锂电池（简称为“水锂电”），这一成果大大突破了水溶液的理论分解电压1.23伏。最新一期《自然》杂志子刊《科学报道》刊发了这一最新研究成果，该成果已引发美国能源研究机构、企业关注。

　　据了解，传统方法制造的锂电池生产成本较高，且其中有机电解质溶液存在一定安全隐患。业界一般采用“极化”方案（即不断尝试使用新型的材料制作电极）来解决水锂电的核心问题——防止锂离子和水在低电位发生反应。但该方案只能使水锂电所产生的电压最多达2.0伏，且充放电效率低。

　　吴宇平教授则另辟蹊径，用高分子材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。这层复合膜帮助锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”——在它的作用下，质子和水分子无法在低电位下得到电子，就不会在锂离子迁移过程中产 生损耗。吴教授打趣说：“你可以把它看成一道‘任意门’，锂离子的电位经过膜，一下就到了负极，然后又直接从负极回到正极，就好像科幻片中，人跨过虫洞可以直接在地球和外太空之间往返。”正因此，课题小组把这一新发现称作“电位穿越”。

　　据介绍，该包裹复合膜的新型水锂电可大幅降低电池成本，其能量密度比目前普遍采用的有机电解质的动力锂离子电池高出80％，从而使电池充电时间更短，储存电量更多，耐用时间更久。以电动汽车为例，复旦新型水锂电仅需10秒即可完成充电，且能跑上400公里，而其成本仅有传统车用锂电池的一半。目前，该项技术离产业化仅“一步之遥”。

　　据悉，复旦大学自2005年起就一直在开展水锂电这一国际前沿领域的探索，至2007年，在科技部重大基础研究计划和自然科学基金委的资助下，其研究成果和科研水平开始居于世界先进地位。

　　纳米太阳能电池有望打破能量转化率瓶颈

　　据《自然光子学》杂志最新发表的一项研究称，纳米线可吸收比普通太阳光强度高14倍的太阳光。科学家预测，未来纳米线不仅在太阳能电池领域，而且在量子计算机和其他电子产品中也有巨大的发展潜力。

　　丹麦哥本哈根大学尼尔斯波尔研究院纳米科学中心和瑞士洛桑理工学院的研究人员表示，由于纳米线一些独特的物理吸光性，使其突破了利用太阳能的极限。尼尔斯波尔研究院的皮特﹒克罗格斯拉普（Peter Krogstrup）博士说，此发现显示了未来纳米线太阳能电池发展的巨大潜力。

　　近年来，科研人员一直在研究如何改善提高纳米线晶体质量。纳米线晶体呈柱状构造，直径为人头发的万分之一。研究结果表明，纳米线能够在非常小的区域内收集15倍的太阳射线。由于纳米线的直径小于太阳光的波长，因此在纳米线内部和周围能引起光强度共振。

　　克罗格斯拉普博士解释说，共振能够集中太阳光，太阳光又转化为能量，这样太阳能的转化效率大大提高。此外，有瑞典科学家也表示，太阳能电池产生的大量电力也使得太阳光吸收进入纳米线。

　　克罗格斯拉普称，多年来一直被视为太阳能电池转化效率瓶颈的肖克利-奎伊瑟极限（SQ极限）看来有可能突破。尽管目前的研究结果只提高了几个百分点，但是这对发展太阳能电池、开发纳米太阳能射线以及全球能源开发将会产生重要影响，只是纳米线太阳能电池的产业化尚需时日。

　　所谓的肖克利？奎伊瑟效率极限测量约为33.5％，就是单个p-n结太阳能电池。这意味着，如果太阳能电池每平方米太阳能可收集1000瓦，那么，它能产生的最大电力为每平方米335瓦左右。

　　本次研究合作单位包括半导体材料实验室、洛桑理工学院、丹麦太阳能电池公司SunFlake A/S公司和基金会，研究内容和结果发表在1月份的《科学》杂志上。

　　位于硅基片之上的纳米线吸收太阳射线。纳米线极有可能成为未来太阳能电池的发展主流。（自哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所）

　　左图为硅底质上GaAs纳米线晶体的扫描电子显微镜图；中间为透射式电子显微镜下的单个纳米线；右图是在扫描透射电子显微镜下放大的晶体结构。（自哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所）

　　技术突破进入新阶段：“塑料”太阳能电池

瑞士电子 子与微技术中心（CSEM）巴西公司日前宣布，他们在“塑料”太阳能电池研究上获得突破，以有机聚合体替代单晶硅制造太阳能电池的技术已进入商业开发阶段。受此推动，可发生光电效应的有机聚合体