电池新技术
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2023年3月17日发(作者：佳木斯地震)国外新型电池技术概述
信息中心赵洋
摘要：电池的应用已有100多年的历史，在人类生产和生活中，发挥了重要的作用。虽然传
统电池（如干电池、蓄电池等）的性能在不断提高，但是仍然不能满足科学技术发展的需要，
因此，近年来国外新型电池不断涌现，本文旨在介绍各国在此领域的新进展。
关键词：超薄电池、大容量电池、清洁电池
一、新型超薄电池
超薄电池，顾名思义就是厚度非常薄的电池。这种新型电池具有重量轻、体积小、使
用灵活等特点，现在出现的各种纸电池都是采用了纳米技术。超薄电池的出现，解决了众多
微小型设备的供电问题，所以非常值得研究，各国在此领域的研发力度也非常大。
1.欧洲小型太阳能电池
2007年，一个欧洲研究团体于宣布，他们找到一条可将新型聚合物电池与有机薄膜太
阳能电池合二为一的途径，这种电池在室外或室内有阳光照射下的地方可自动充电。它不但
非常薄，而且非常柔软足以与很多低功耗电子设备，如平直但可弯曲的智能卡和曲线型手机
合为一体[1]。
这个研究成果是欧洲聚合物太阳能电池项目通过三年时间完成的，有五个欧洲国家的研
究人员参与了此项研究，有关此技术的论文刊登在《太阳能》（SolarEnergy）杂志在线版。
这种太阳能电池原型产品的重量只有2克，厚度不到1毫米。根据该论文，这种设备的
出现意味着电池可依靠光的强度自动充电，一直保持适宜的电压。丹勒称，单个电池单元可
提供约0.6瓦的电力，通过将连续连接的电池单元条组成一个模块，每个单元都可增加电力
以满足设备的需求。原型产品中的太阳能电池使用的是Konarka公司开发的技术，基于的是
导电聚合物和Fullerene的混合物。这种电池单元可按照不同的形状生产出来，可在滚动设
备和低温条件下印制，为低成本、大批量的生产提供了可能。
2.美国伦斯勒理工学院“纸电池”
美国伦斯勒理工学院于2007年8月发明出一种纸电池，这种电池可以随意弯曲，并且
能够生物降解。
美国伦斯勒理工学院罗伯特·林哈特教授解释其原理时表示：“它本质上就是一张普通
的纸，但却是通过非常智能的方式把碳纳米管（作为电极）嵌入纸中制成的，然后再把电解
液渗入纸中，最终结果就是一种看起来、摸起来以及从重量上都与纸一样的设备。我们利用
一种离子液体作为电解液。值得注意的是，这种液体不含水，这意味着电池内没有任何物质
会冻结或者蒸发。因为没有水，这种纸质能源存储设备可以经受极端的温度。”伦斯勒理工
学院材料科学系普里克尔·阿加延教授则满怀憧憬地说：“当我们得到这种技术，我们就基
本上有了“印刷”电池和"印刷"超级电容器的能力。”
特点：
·重量轻，可以随意弯曲，做成任何形状；
·通过叠加，可以提高电压；
·“生存能力”超强，既能忍耐150摄氏度的高温，也能抵御零下70摄氏度的严寒。
3.美国IPS公司超薄可充电电池
2009年6月9日，美国科罗拉多州李特尔顿市一家创新固态可充式薄膜微能量电池制造商
InfinitePowerSolutions公司(以下简称IPS)，正式推出最新的THINERGY系列微能量电池
(MEC，MicroEnergyCell)，其中THINERGMECl01电池的规格仅为25.4mm×25.4mm×0.17mm。
THINERGY系列MEC从尺寸上讲是世界上最强大的电池，其性能优于其他所有的微型电池(一次
性生和可充电皂池)，包括扣式锂电池、印刷电池和其他薄膜电池(TFBs)。这些体积虽小，
但蓄电力强大的超薄MEC，拥有可靠、安全与环保等特性，也因此成为能改变现今与未来微
型电子系统的电源设计。
该微能量电池的阴极材料为LiCoO2，阳极为金属Li。电解质为固态LiPON(Lithium
PhosphorusOxyni-tride)。其中的锂离子具有很强的迁移率，可提供卓越的动力性能。LiPON
中的电子具有极低的迁移率，因此使得电池的自放电率也极低，这也为收集周围能量提供了
理想的渠道。另外，该技术不释放有毒有害物质，绝不泄漏任何化学物质。也不会发生热失
控现象，或发生如其他使用液态或胶体电解质的锂离子电池着火的现象，因此具有极高的安
全性。产品所采用的专利封装技术能确保电池在极端环境条件下使用的可靠性和性能。
特点：独特的封装设计，便于电路板布线；可充电、体积小、环保。
4.德国开姆尼斯电子纳米技术研究院超薄电池
2009年7月，来自德国开姆尼斯电子纳米技术研究院的ReinhardBaumann博士领导的
科研小组研制出来一种新的电池技术，这种新技术可以令电池的厚度小于1毫米，重量也可
以控制在1克以内，而且还可以使用低成本的丝网印刷工艺进行制造。
这种新电池内部采用多层结构，阳极层采用锌材料制作，而阴极层则采用锰材料制作。
阳极层与阴极层之间则以绝缘层分隔开来。锌与锰之间发生反应时就会产生电能，不过在反
应过程中阳极/阴极层会逐渐损耗，因此这种电池只适用那些不需要长时间用电的设备，比
如贺年卡之类。这种电池即将量产。
特点：厚度小于1毫米、重量轻、环保；单个电池电压为1.5V，串联多个电池就可获
得较高的电压。
5.美国加利福尼亚州斯坦福大学“纸电池”
美国加利福尼亚州斯坦福大学研究人员于2009年12月７日发表研究报告说，他们研制
出一种纸电池。与普通电池相比，这种新型电池轻便、成本低廉、使用时间更长。
报告中说，他们已经成功地把涂上一层银碳纳米材料的纸转变成“纸电池”，有望成为
一种全新的轻型高效蓄能的方法。帮助涂层附着在纸上的同一特性使它附着在单壁碳纳米管
和镀银纳米线薄膜上。初步的研究发现，利用硅纳米线制成的电池，效率是现在用来给笔记
本电脑等装置供电的锂离子电池的10倍。科学家在发表在《美国国家科学院院刊》上的一
篇论文中说：“利用成熟的造纸技术，通过把具有传导性的纸作为集电器和电极，可以制成
低成本、轻薄和高效的蓄电仪器。”加州大学伯克利分校的化学教授杨培东(PeidongYang)
表示，该技术会在短期内实现商业化。
特点：体积小、重量轻、可充电、环保。
二、新型大容量电池
1.日本松下大容量锂电池
日本松下电器产业公司于2010年开发出新型锂离子电池，其容量达4安时，可应用于
电动汽车、笔记本电脑等各种设备。
据介绍，这种锂离子电池可连接成模块，充当电动汽车的动力源或家用蓄电池。这种新
型电池连接成模块后，其一次充电后可将电动汽车的续航里程延长约35％。据日本媒体报
道，松下公司使用镍系材料作为电池的阳极，阴极则采用硅系合金，开发出了这种大容量圆
筒形锂离子电池，其容量比现有产品高近30％。
锂离子电池是目前众多移动设备不可或缺的电源。与其他蓄电系统相比，使用锂离子电
池的蓄电系统具备轻便、大容量等优势，其前景被普遍看好。据悉，松下公司希望在2012
年批量生产这款锂离子电池[2]。
2.美国斯坦福大学纳米硅线锂电池
美国斯坦福大学科学家发明了一种用纳米硅线制成的新型锂电池，该电池比传统充电
电池的储电量提高了10倍。这一新技术理论上可使笔记本电脑的电池连续使用时间达到4
天，电动汽车使用这样的电池可行驶上百公里。这一研究结果发表在2007年12月15日的
《自然纳米技术》杂志上。
该技术的关键在于提高电池阳极的储电量。当电池充电时，带正电的锂离子将吸附住电
流中的电子，并移动到阳极。当电池放电时，锂离子放出原来吸附的电子，放出电能，并通
过导电胶回到阴极。传统电池的阳极由非常薄的碳原子层组成，而储存一个锂离子需要六个
碳原子。相比之下，硅的储电潜力巨大，因为一个硅原子就能储存四个锂离子。但是，当研
究人员用硅薄层或硅离子制成电池阳极时，大量高速运动的锂原子会将阳极的硅击碎，甚至
还会破坏硅原子与底层金属基底的联系，减弱其效力。
3.美国麻省理工学院碳纳米管电容
美国麻省理工学院(MIT)研究人员于2008年设计的碳纳米管超级电容是一项革命性的
发明。在读到一篇关于碳纳米管的文章后，乔尔·辛达尔(JoelSchindall)有了这一足以引
发未来交通变革的想法。
碳纳米管是一些狭长圆柱状的碳分子。当他读到密集的碳纳米管丛能够提供巨大的表面
积时，忽然灵光闪现：我们能否用这些碳纳米管来制造一个超级电容，使它既有与电池相当
的能量，又能在几秒内完成充电呢？经过两年半的研究，这位言谈一向极有分寸的学者再也
难掩兴奋：“我们的电容真的可以改变能量世界！”
作为一种至为普通的电子元件，电容与电阻和晶体管一样，是电路的基本组件。从个人
电脑到移动电话，再到汽车，它的应用无所不在。
4.美国微型核电池
2009年，美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音)率领的研究组研发出了体积小
但电力强的“核电池(nuclearbattery)”。该研究成果被刊登在最新一期的《应用物理杂志》
等科学杂志。韩国《朝鲜日报》报道称，过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就
是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。但权载完教授组研发出的核电池只是略大
于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，却可以发出普通化学电池需充电100万次才
能发出的电力。权载完教授还实现了用于电池的芯片的改革。使用核电池时发出的放射能
可能会损坏电池内部的固体芯片结构，但权载完利用液体芯片，最大限度地克服了这一问题。
三、其他新型电池技术
1.小型化燃料电池
燃料电池由于其容量大、能量转化效率高、无污染、燃料来源广泛等特点，得到了各
国研究人员的广泛关注，近年来，燃料电池的小型化使得其应用范围进一步扩大[3]。
（1）美国燃料电池制造商MTIMicroFuelCells公司
MTIMicro开发出的基于Mobion技术的直接甲醇燃料电池（DMFC）原型不仅可提供比
相同尺寸的锂电池高出一倍的电能，而且允许在移动状态下为燃料电池进行充电。MTIMicro
公司已在2008年2月底的日本国际燃料电池展览会上展示了可与当今商用化单反数码相机
尺寸相配的燃料电池原型，与相同尺寸的单反数码相机用锂电池相比，它可提供两倍的电能。
Mobion是MTIMicro开发出的一种突破性无绳电源技术，它具备三大与众不同的特性：
1）该直接甲醇燃料电池技术使用100%的甲醇和被动水管理系统；2）它可大幅提高电池工
作寿命和提供立即再充电能力；3）消除了对墙上AC电源插座的需要，以及携带大体积充电
器和转换器的需要。
（2）夏普小型燃料电池
夏普2008年5月15日宣布，开发出了用于便携终端的燃料电池小型化技术。可确保小
型化燃料电池具有与目前主流的锂离子电池同等的大小及性能。无需充电且发电时只排放水
的燃料电池有望成为新一代能源，但需要解决小型化课题。夏普将力争提高该技术的安全性
等，实现实用化。
此次开发的小型化燃料电池为“直接甲醇型燃料电池（DMFC）”，体现单位体积发电能
力的发电单元输出密度为0.3W/cc，达到了全球最高值。面向电子辞典用途试制的燃料电池
的大小为18cc，可产生与市售电子辞典中配备的22cc锂离子电池相同的电能，而且持续工
作时间也相同。
夏普通过将甲醇中氢与空气中的氧发生反应部分的结构立体化，从而将输出密度提高到
了以前平面状试制品的约7倍。
2.生物电池
（1）美国麻省理工学院“病毒”电池
2009年5月13日，根据美国麻省理工学院发布的消息，该学院的研究人员利用基因工
程病毒，首次研制成功“病毒”电池。研究小组负责人、学院材料科学家安吉拉·贝尔彻表
示，新的基因工程病毒电池与目前市场上流行的先进的用于驱动混合动力汽车的充电电池不
仅在储能和动力性能上没有差异，而且它们还可以用来为众多的小型便携式电器提供电能。
研究人员利用的病毒名为噬菌体（bacteriophage），它是一种常见的能够感染细菌但对人
体无害的病毒，且能够识别并附着于某些特定的材料（如本次研究中的碳纳米管）上。借助
经过基因工程处理的噬菌体，人们在磷酸铁纳米导线表面组合成导电的碳纳米管网。电子沿
着碳纳米管网行进，渗透到电极，快速传递能量。
研究小组发现，加进碳纳米管后，阴极的重量没有太大的变化，但导电性却大幅度提高。
在实验室的测试中，安装了新阴极材料的电池在不失去电容量的同时，其充电和放电速度提
高了至少100倍。与目前的锂离子电池相比，其充电周期要略少些，但是研究人员期望今后
新电池的寿命会更长。
（2）英国牛津大学生化酶电池
英国牛津大学科研人员还研制出一种令人感到新奇的生物电池。这种生物电池装有一
种生化酶，可以吸收空气中的氢和氧来发电。这种生化酶是从一种需要氢气来维持新陈代谢
的细菌中分离出来的。这种酶的独特之处在于可以与一氧化碳和硫化氢等常规的电池催化剂
并存。这种酶是“生长型”的，因此能够以价格低廉、可再生等特点取代价格昂贵的铂基催
化剂。
这组科研人员来自牛津大学化学系，首席科学家是弗拉斯特·阿姆斯特朗教授，该研究
小组已经研制出一个电池，并将其安装在一个电子表上。可以看到，该电池被放置在一个小
型的玻璃容器里，容器里除了含有普通的空气之外，还加入了一些氢气，并在电池的两个电
极上分别涂抹一层生化酶。由于生化酶是可以和空气中的一氧化碳等气体共存的，因此它无
需像其它电池一样包裹一层价格昂贵的隔离膜。
世界上第一个生物燃料驱动的手表
阿姆斯特朗教授认为这个新发明开启了电池能源的新革命，因为这种电池未来可以装
在小型的诸如手表等物件上，用途广泛、持久耐用、价格低廉，而且还是一种洁净能源。
四、总结
近年来，新型电池技术发展突飞猛进，世界各国都十分关注电池技术的发展和研发。
总体上，美国各大高校以及各大公司仍是新型电池技术研发的主力军，其研发重点主要集中
在小型化、大容量化和清洁能源等方面，其中多个研究机构都应用了纳米技术，可见其重要
性。预计在不久的将来，电池必将变得更小、使用时间更长和更加环保。
参考文献：
[1]/new-battery-technology-self-powered-
devices/
[2]/news/article_b0372fd8-3f3c-11de-ac77-001cc4c002e0
.html
[3]/business/blog/smart-takes/with-new-battery-tech-f
uture-cars-could-be-powered-by-their-bodywork/4214/
信息中心赵洋