科学家发明可溶解电池 有效解决电子产品垃圾处理

美国科学家研制出一种能够自我毁灭的电池，电池具有在热或液体的作用下溶解的特性。他们制成的电池长5毫米，宽6毫米，厚1毫米，从组成元件、结构和电化学反应的角度来看，类似于普通的商业电池。如果把电池投入水中，其聚合物外壳将会膨胀，电极将会破裂，从而发生溶解，整个过程大约需要半个小时。

美国爱荷华州立大学机械工程学教授蒙塔扎米（Montazami）和他的研究小组研制出的电池有2.5伏电压，能够驱动一个桌面计算器15分钟。

这是一种能够自我毁灭的电池，电池具有在热或液体的作用下溶解的特性。

据悉，这种电池可能用于保持军事机密的目的，也可以用于环境监控装置。蒙塔扎米教授说，这是首次获得的具有实用意义的临时性电池。但是，这种电池含有金属锂，不能用在人的身体内部。

科学家多年来一直希望获得能够无害地溶解在人体内部的电池，以避免从体内取出电池的痛苦。

蒙塔扎米教授和他的研究小组最新研制成功的是一种锂离子电池，他们把这项成果的详细内容发表在了《聚合物科学杂志.B卷：聚合物物理》上。

他们制成的电池长5毫米，宽6毫米，厚1毫米，从组成元件、结构和电化学反应的角度来看，类似于普通的商业电池。

这个电池有阳极、阴极、电解质分离器，外层是以聚乙烯醇为基体的聚合物。如果把电池投入水中，其聚合物外壳将会膨胀，电极将会破裂，从而发生溶解，整个过程大约需要半个小时。

但是，电池中的纳米颗粒将不会溶解，这也意味着电池不会完全溶解。

上述研究报告说，“常规电子装置的设计特点是让装置持续很长时间，而临时性电子装置的独特之处在于，装置的工作时间是较短的设定的一段时间，而且能在使用结束时迅速地，最好是完全地实现自我毁灭和消失。”

科学家说，制造功率更大的电池是完全可能的，但分解的时间会长一些。有观点称，可溶解电池也可以在解决电子产品垃圾处理的问题上做出贡献。

另据报道，美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校科学家正在研制能够溶于水的电子线路板。

新技术可明察电池充电时内部粒子运动

电池性能的好坏对电子设备来说至关重要。充电时间短、持续时间长，是所有人对目前广泛使用的锂离子电池的期望。最近，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福大学等机构的研究人员合作，开发出一种新的X射线显微镜（STXM）技术，可细致地观察锂离子电池充放电过程中的粒子活动情况，这或有助于开发出性能更强大的锂离子电池。

研究小组在最新一期《科学》杂志上发表论文称，他们利用伯克利实验室的先进光源，专门设计制造了一个“液体电化学射线显微镜纳米成像平台”，可一次对30个粒子进行成像。研究人员称，与过去所用的透射电子显微镜（TEM）相比，新平台具有更大的视野和更强的穿透性，能让使用者实时观察一些化学特异性变化情况。

研究小组利用这一平台对磷酸铁锂粒子在充放电过程中的活动模式进行了观察、成像，详细记录了粒子化学成分演变及化学反应速率等情况。他们发现，粒子表面的充电过程并不均匀，会随着时间的推移越来越差。

理论上，电池充电时，带正电的锂离子均匀地布满电极表面的状况最理想，但实际上这种情形很难出现，尤其是电池老化后更是如此。

研究人员表示，新技术平台使他们可以在介观尺度对电池的动态活动进行实时成像，要做到这一点很难但很重要。有了这一技术，他们有能力实时解析粒子化学成分和电流密度的变化情况，研究电池的充放电过程，并对单个电池粒子内部电化学反应进行成像，这对更好地理解电池的充电机制和优化电池性能很有帮助。

目前，该研究小组正在设计更高精度的X射线显微镜，其目标分辨率将达到1至5个纳米。

韩国公司为苹果开发空芯电池

韩国媒体报道，苹果已同一家韩国小型公司签署保密协议，苹果将采用这家公司的电池技术，二者联合为苹果公司的秘密汽车项目——“泰坦”（Titan）开发新型电池。

业界认为，苹果将会专注于开发只能提供给苹果自动驾驶汽车的创新电池技术。因此，苹果更有可能会派人深入合作方的研发基地，直接参与电池的开发，而不是使用市场上现有的电池产品。这样它就可以从完全不同的设计、功能以及性能角度来开发仅适配于自己的电池产品。

这家韩国电池研发商大约有20名电池专家，该公司持有独特的空芯电池专利。其现有电池产品是圆柱形锂离子二次电池，有两根手指厚。与封闭式柱形电池不同，空芯电池能在电池组中为每个电池单元提供更大的表面积，并可在正常充电和放电的过程中，实现有效散热。紧急情况下，空芯电池内的气体还可以通过中心渠道安全排出。此外，空芯柱形电池能够在无需焊接的情况下完成电池组的并联和串联。与此同时，如果单个蓄电池单元出现损坏，只需更换单个电池单元即可，不需要更换整个电池组。

空芯电池或可助苹果公司为Apple Car研制出更好的电力输出系统。虽然苹果迄今并没有正式承认Titan项目的存在，但传言称苹果汽车预计在2021年前后问世。

如何汽车更省油？粘合剂和电池成为新希望

2017款通用阿卡迪亚（GMC Acadia）汽车刚刚开始送到美国经销商的手中，它比旧版汽车轻了700磅（约318千克），每加仑英里数23，之前的汽车只有18英里，延长了28%。

为什么重量减轻？有一个秘密，那就是粘合剂。

阿卡迪亚的许多车身钢件并不是用铆钉、焊接点连接起来的，而是用了先进的粘合剂，这种粘合剂已经用在现代飞机上，比如波音Dreamliner飞机。所有组件连接处的缝隙都是用超强力胶水粘合的，不单单用在某些特定点位上，因此汽车的组件更加坚硬。正因为硬度提高，通用汽车可以在许多地方使用更薄的钢件，最终降低汽车的重量。

通用汽车全球碳排放缩减策略主管查理·克莱因（Charlie Klein）表示，钢的厚度虽然下降幅度只跟头发丝的宽度差不多，但是积少成多，最终减少了许多重量。

48伏油电混合动力

在未来9年内，美国环保机构制定了严格的标准，不断提高燃油效率，汽车制造商被迫开发新技术改进燃油效率。太空粘合剂的使用越来越广泛，它只是制造商减轻重量、节省燃料的诸多手段之一。

如果要进一步减轻重量，汽车制造商必须寻找更多的创新方法。有一项技术很有希望，它就是新型油电混合动力，新系统从48伏电池获得电能，这种电池比标准的12伏汽车电池更加强大，和200伏以及200伏以上的混合动力汽车电池相比（丰田普锐斯使用类似的电池），它的成本更低，更加简单。

安装48伏电池之后，电力发动机的功率大约可以提高20%，在启动和加速时能节省更多的燃料。

Delphi工程、项目管理副总裁玛丽·加斯坦斯基（Mary Gustanski）相信，只需要增加少量成本，安装新的混合动力系统，就可以将燃油效率提高15%甚至更多——与常规汽油汽车相比。加斯坦斯基表示：“这是一个大飞跃吗？不是，但是它的确是一个进步，绝对是进步。”

现代汽车企业和产品规划副总裁迈克尔·奥布莱恩（Michael O’Brien）表示，现代汽车正在努力开发48伏技术。他拒绝透露安装新系统的汽车何时上市。通用汽车高管表示，再过几年，通用就会在美国推出安装48伏电池的汽车。加斯坦斯基称，2018年，Delphi的技术首先会在欧洲和中国出现。汽车组件供应商Continental计算2016年年底开始生产48伏系统。

严格的标准

即使有了新技术，要让每英里加仑数达到目标仍然很困难。到2025年，制造商必须要让汽车（销售的众多汽车）的每英里加仑数平均达到54.5英里（约87.7公里）。

这一数据考虑了诸多因素，比如空调排放减少、销售电动汽车，还考虑了其它因素。在真实世界中，相当于要让汽车的每加仑英里数平均达到40英里。根据密歇根大学交通研究院（Transportation Research Institute）收集的报告，7月份汽车和轻型卡车的每加仑英里数约为25.4英里（约40.87公里）。

上个月，美国环保局、交通部联合发布一份报告，声称在2025年之前汽车制造商平均只能达到50英里（约80.5公里）的标准，放在真实世界中约为36英里（约58公里）。在许多工业比较发达的国家，油价过低、燃油税不高已是普遍现象，美国人于是远离普通汽车，选择皮卡和SUV，它们的燃油效率更低。

汽车制造商与监管机构的意见不一。本月在美国密歇根举行的会议上，美国国家环境保护局空气质量主管格兰德勒（Christopher Grundler）认为，2025年的标准不应该降低。他说标准很有效，汽车制造商已经取得了巨大的进步，许多车型已经达到了2025年的标准。

这些汽车包括混合动力汽车、插电式混合动力汽车，涉及的品牌包括福特、现代、丰田及其它汽车商，还有纯电动汽车，比如特斯拉汽车和通用雪佛兰Bolt。福特F-150皮卡是用铝制造的，安装了EcoBoost V6引擎，它已经达到了2025年的燃油标准，在真实世界中每加仑汽油可以让汽车行驶23英里。

新技术

电动汽车拥有出色的燃油效率，这一点制造商是认同的，但是消费者购买的数量很少。最大的挑战在于：要提高传统汽油汽车的燃油经济性，需要增加的成本太多，消费者不愿意承受。

丰田项目经理理查德·L·格泽尔（Richard L. Gezelle）表示，在2025年之前，如果继续使用传统传动系统，要达到标准相当困难。

一些汽车制造商对48伏混合动力兴趣不大，比如丰田汽车，因为它们已经在汽车产业有着很大的名气。格泽尔认为，汽车制造商应该关注更具突破性的技术，比如电动汽车、氢动力燃料电池技术，只有这样才能达到2025年的燃油经济性标准，并在未来进一步提升效率。

现在，汽车制造商开始受益于一些技术的推广，这些技术是6年前开始普及的。例如，通过增加涡轮增压技术，制造商可以缩小发动机的尺寸，涡轮增压技术可以将多余的空气压入引擎，提高功率和效率。采用涡轮增压技术之后，4汽缸引擎的功率和传统V6、替代V8的V6发动机差不多。

与此同时，汽车制造商对新一轮技术创新寄予厚望，这些技术包括：

——启停技术（STOP/START）：当汽车在交通灯之前或者在车流中停车时，启停系统会关闭引擎。一些汽车已经配备启停系统，只是重新启动有些困难，因此吓退了一些消费者。如果安装48伏混合动力系统就可以改进该技术。

——FREEWHEELING：有了FREEWHEELING技术，当汽车正在滑行时可以暂时关闭引擎，节省燃料。混合动力汽车可以用电力发动机维持巡航速度，让引擎关闭更长一段时间。

——新材料：现在汽车制造商已经开始使用更多的铝和更先进的轻量钢材。镁的重量比铝轻三分之一，现在它使用的频率更高了。菲亚特·克莱斯勒在2017款克莱斯勒太平洋（Pacifica）小型货车上使用了镁。

——缸间歇系统：多年来，引擎已经可以关闭2个或者4个汽缸，从而达到节省燃料的目的。利用新的计算机算法，Delphi、通用汽车、Tula、硅谷科技企业正在开发“Dynamic?Skip?Fire”技术，它可以根据需要打开或者关闭各个汽缸。