為了制造新的鈉鎳電池，GE公司已在紐約的斯克內(nèi)克塔迪（Schenectady）開設了一個大型工廠。這種電池能用于儲存風力渦輪機生產(chǎn)的電能，為遠程移動基站供電。這一組圖便是電池制造過程中的一些關(guān)鍵步驟。

工廠60%的部分是用于制造一種電解質(zhì)陶瓷。圖中顯示的是大袋封裝的原料，它們將會被混合，進行化學改性，再經(jīng)研磨、干燥，將粉末狀的材料變成如同水一樣易于流動的材料，并需要讓其適于制作高性能陶瓷的特性保持不變。

陶瓷材料被壓入磨具成型。圖中后方可見操作這一過程的橙色機器人，它們正將壓制好的材料從模具中移走。

陶瓷被打包，并保持形狀固定，然后裝上板車送往圖正中所示的大窯進行燒制。

一名工人正在檢查卸下的電解質(zhì)陶瓷。

接下來準備組裝成一個完整的電池。在這里，工人在刷導電的碳基涂料，然后將把導電金屬裝置與電極材料在電池封裝之前都安放進去。

一個被拆卸開的電池。圖片最前方的是電解質(zhì)陶瓷，圖中還可見電流收集用的金屬及外殼。實際儲存在電池中的是電極材料。

一名工人正將電池組插入封裝外殼，電池中包含有用于控制電池的微處理器，以及讓電池在其適應的約300℃工作的加熱器。

在這里，電池進行隔熱封裝，使其保持在300攝氏度的工作溫度，同時進行交付客戶前的最后測試。

1、鎘鎳電池有什么特點？

鎘鎳電池的主要特點有：

（1）電解液只作為電流的傳導體，濃度不起變化。

（2）電池的充放電程度不能根據(jù)電解液的密度變化來判斷，而是在充電時以電壓的變化來判斷。

（3）在充放電過程中隨著電化反應的加劇，在正極板上析出氧氣，負極板上析出把氫氣。

（4）密封式隔鎳電池在制造時使負極板上物質(zhì)過量，以避免氫氣的析出，而在正極上產(chǎn)生的氧氣因電化作用而被負極板吸收，防止了蓄電池內(nèi)部氣體聚集，保證了蓄電池在密封條件下正常工作。

2、新型鐵鎳電池充電只需要2分鐘

斯坦福大學的科學家們給鐵鎳電池（nickel-iron battery）注入了新的活力，這種可充電技術(shù)是托馬斯?愛迪生開發(fā)的，已經(jīng)有一個多世紀的歷史。

愛迪生電池是在20世紀初設計的，用于驅(qū)動電動汽車，但很大程度上，到了20世紀70年代中期才受到青睞。今天，只有少數(shù)幾家公司生產(chǎn)鎳鐵電池，主要用于儲存太陽能電池板和風力渦輪機產(chǎn)生的多余電力。

“這種愛迪生電池非常耐用，但它也有一些缺陷，” 斯坦福大學的化學教授戴宏杰（Hongjie Dai）說。他說：“典型的電池需要花幾個小時充電，而放電速度也很慢?！?/p>

現(xiàn)在，戴宏杰和他斯坦福大學的同事們極大地提高了這項百年老技術(shù)的性能。斯坦福大學的研究小組創(chuàng)造了一種超快鎳鐵電池，充滿電只需要大約2分鐘，放電不到30秒。這項研究結(jié)果發(fā)表在6月26日一期的《自然?通訊》（Nature Communications）雜志上。

“我們使充電和放電速度提高近1000倍，”斯坦福大學研究生王海量（Hailiang Wang）說，他是這項研究的主要作者。“我們使它真的很快?！?/p>

戴宏杰說，這種高性能，低成本的電池有朝一日會有助于驅(qū)動電動汽車，就像愛迪生當初設想的那樣。他補充說：“很有希望，我們可賦予鎳鐵電池一種新生命?！?/p>

電動汽車

愛迪生是全電動汽車的早期倡導者，他在1900年左右開始銷售鎳鐵電池。直到1920年前后，這種電池才用于電動汽車。這種電池使用壽命長，具有可靠性，這使它成為一種流行的備份電源，用于鐵路，礦山等行業(yè)，這是20世紀中葉以后的事。

愛迪生創(chuàng)造的這種鎳鐵電池，是一種廉價的替代品，可取代腐蝕性鉛酸蓄電池（lead-acid batteries）。它的基本設計包含兩個電極，陰極用鎳制成，陽極用鐵制成，浸泡在堿性溶液中?！爸匾氖牵嚭丸F都是地球上豐富的元素，而且相對來說是無毒的，”戴宏杰說。

長期以來，碳一直用于提高電極的導電性。為了提高愛迪生電池的性能，斯坦福大學的研究小組采用了石墨烯，也就是納米尺度的碳片，只有一個原子厚，他們也采用了多壁碳納米管，每根管包含大約10個同心圓石墨烯薄片，卷在一起。

“在傳統(tǒng)的電極中，人們隨機混合鐵鎳材料與導電性碳，”王海量解釋說?！跋喾矗覀儚氖┥吓嘤趸F納米晶體，從碳納米管上培育氫氧化鎳納米晶體?！?/p>

這種技術(shù)會產(chǎn)生強大的化學鍵，就在這些金屬顆粒和碳納米材料之間，這會極大地影響性能。 “耦合鎳和鐵粒子到碳基，會使電極之間和電路之外的電荷快速移動，”戴宏杰說?！敖Y(jié)果產(chǎn)生的是超快版本的鎳鐵電池，充電和放電只需幾秒鐘?！?/p>

未來的應用

這種1伏原型電池是戴宏杰實驗室開發(fā)的，有足夠的電力，可驅(qū)動手電筒。研究人員的目標是制作更大的電池，用于電網(wǎng)或運輸。

大多數(shù)電動汽車，如日產(chǎn)Leaf和雪佛蘭福特（Chevy Volt），都是采用鋰離子電池運行，可以存儲大量的能量，但通常需要幾個小時充電?！拔覀兊碾姵刈陨聿荒茯?qū)動電動汽車，因為能量密度不理想，”他說?！暗兄阡囯x子電池，可以給它們帶來真實的功率提升，進行更快的加速和再生制動?！?/p>

增強型愛迪生電池在緊急情況下特別有用，戴宏杰說。“有可能進行軍事應用，例如，有些地方，你必須給某些東西迅速充電，”他說。

“這絕對是可擴展的，”王海量說?！版?，鐵和碳相對低廉，而電解液是水和氫氧化鉀，這也很便宜，很安全。它不會在車內(nèi)爆炸?！?/p>

這種原型電池有一個關(guān)鍵的缺點，就是長時間蓄電的性能。“它不具備充放電循環(huán)穩(wěn)定性，這是我們需要的，”戴宏杰說?！艾F(xiàn)在，超過800個周期后，就會衰減約20％。這大約相當于鋰離子電池。但我們的電池非?？?，所以我們會更經(jīng)常用它。理想的情況下，我們希望它完全不衰退。

“使用強耦合的納米材料代表著一種非常激動人心的方法，可制造電極，”他說。“這不同于傳統(tǒng)的方法，你只需要簡單地混合材料。我認為，托馬斯?愛迪生看到這一進展會很高興?！?/p>

這項研究的其他合著者有博士后學者梁永業(yè)（Yongye Liang）和李焰光（Yanguang Li），研究生龔明（Ming Gong），大學生韋斯利?張（Wesley Chang）和泰勒?麥福德（Tyler Mefford），屬于斯坦福大學；還有周濟鋼（Jigang Zhou），王建（Jian Wang）和加拿大光源公司（Canadian Light Source， Inc.）的湯姆?萊吉爾（Tom Regier）；清華大學的魏飛（Fei Wei）。

這項研究獲得了英特爾公司的支持；有一項斯泰哈特/里德獎（Stinehart/Reed Award）來自斯坦福大學的普雷科特能源研究所（Stinehart/Reed Award）；還有斯坦福大學的一項研究生獎學金。