偏科生锂硫电池？太阳能无人机用它连飞11天
【菜科解读】
由于电子产品的广泛使用，以及当下新能源车的迅速普及，我们似乎可以这么说，过去没有哪一个时代，比我们现在更关心电池的能量密度了。
大众较为了解的三元锂电池，其电芯的能量密度可以达到300瓦时/千克，然而，一种技术还不成熟，且还未获得广泛应用的锂硫电池，能轻松实现600瓦时/千克的能量密度，而理论能量密度更是高得惊人！
国际电池材料协会发布的《锂硫电池白皮书》中指出，锂硫电池的理论能量密度为2600瓦时/千克！
如此诱人的能量密度，必然会吸引各国技术人员进行研究。
今年2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，一项有关锂硫电池的研究成功入选。
今天，咱们就来好好了解一下这种电池。
同族元素
各种正在研究的电池中，要说能量密度最高的，其实还不是锂硫电池，而是锂空气电池，它的理论能量密度高达3500瓦时/千克以上，比锂硫电池的理论能量密度高很多。
其原理是以锂为负极材料，以空气中的氧为正极材料。
放电时，氧气在催化剂的作用下与锂离子反应生成过氧化锂；充电时，氧化锂分解生成氧气和锂离子。
毫无疑问，这种电池目前还存在大量的技术难点，比如：
放电时生成的氧化锂会沉积起来，继而阻碍电池的充放电效率。
空气中的水分和杂质会对电池造成腐蚀，缩短电池寿命。
因此，目前实验室在研究“锂空气电池”时，常常是在“纯氧”环境下进行的。
也许未来会成功，但是目前，锂空气电池还不是我们能达到的成熟技术。
既然使用“氧气”作为锂电池的正极太超前，那么，是否存在稍微现实一点的材料呢？当然是有的。
元素周期表，图片来自Wikipedia。
在元素周期表中，锂元素和钠元素属于同族元素，它们拥有相似的化学性质。
因此，在锂离子电池广泛使用的今天，钠离子电池也逐渐走向了商用，且未来可期。
元素周期表，图片来自Wikipedia。
在元素１３１６．ｃｃ周期表中，氧和硫亦属于同族元素，两者具备相似的化学性质。
既然“氧”在锂空气电池中可以作为正极，那么同族元素的硫，也同样可以作为电池中的正极——这便是锂硫电池。
锂硫电池的历史
锂硫电池的研究始于20世纪60年代。
1967年，Herbert和Ulam首次提出，可以将硫作为锂电池的正极材料。
需要注意的是，此时提出的“锂硫电池”还属于原电池，也就是一次性使用的电池。
20世纪80年代，Plichta等人研究了锂硫电池的充放电机制。
20世纪90年代起，锂硫电池的研究取得了重大进展，能量密度不断提高。
然而，锂硫电池的安全性和经济性比较差。
2014年后，锂硫电池开始小量进入尝试应用阶段。
大型太阳能无人机上的应用
图为欧洲空客公司设计制造的Zephyr系列大型太阳能无人机，图片来自Wikipedia。
2014年，大型太阳能无人机Zephyr7，也就是“西风7号”，使用锂硫电池连续飞行了11天。
Sion Power当时为它提供的锂硫电池，其能量密度高达350瓦时/千克。
似乎350瓦时/千克这个能量密度看起来一般般，但需要注意的是，这可是在10年前的2014年。
彼时，新能源车才刚刚起步，那时使用的锂离子电池，其能量密度现在看来低得可怜。
虽然西风7号使用的是锂硫电池，但较新的“Zephyr S”，也叫“西风8号”，其在2022年实现了64天的高空连续飞行，然而，在“西风8号”上却并未使用锂硫电池。
这也从侧面说明，锂硫电池目前还处于小量尝试应用阶段。
2020年，装载了锂硫电池并由韩国航空航天研究所开发的高空太阳能无人机“EAV-3”，成功进行了平流层飞行试验。
EAV-3太阳能无人机，图片来自Wikipedia。
在2020年的这次飞行试验中，EAV-3最高飞行高度为22千米。
在总长为13个小时的飞行中，无人机在12千米至22千米高度的平流层中稳定飞行了7个小时。
锂硫电池优势
综上，我们可以看出，锂硫电池已处在小范围尝试应用中。
跟传统锂离子电池相比，它有以下两大核心优势：
1、锂硫电池的理论能量密度远超传统锂离子电池。
10年前，锂硫电池就已经实现350瓦时/千克，而目前的传统锂离子电池也没有超越此能量密度。
能量密度又叫“质量能量密度”，它是指单位质量所具有的能量。
例如：
#p#分页标题#e#两组质量相同的电池，A电池组的能量密度为200瓦时/千克，B电池组的能量密度为400瓦时/千克，那这就意味着：在相同使用环境下，A电池组的续航时间将是B电池的两倍。
飞行于两万米以上空气极为稀薄的大型太阳能无人机，它们极其在乎自身的重量，因此，它们在早期尝试使用了锂硫电池，而核心目的就是让电池组尽可能轻，同时储能容量尽可能大。
黄色的硫磺燃烧时会融化成血红色液体并发出蓝色火焰。
图片来自Wikipedia。
2、锂硫电池中的“硫”材料，价格极为低廉，且全球储量丰富。
若未来锂硫电池技术真的成熟了，获得大规模使用后，也不大会被硫的稀缺问题和价格问题所困扰。
一名男子从印度尼西亚某火山中携带硫磺块，图片来自Wikipedia。
锂硫电池当前的困难
单质硫和硫化锂的体积差异悬殊，在电池的还原反应中，从单质硫变成“一硫化二锂”时会带来80%左右的体积膨胀。
体积膨胀
换句话说，锂硫电池的体积会比较大。
如果是前面提到的大型太阳能无人机倒还好，因为其本身体积巨大，所以对电池体积的膨胀有不小的承受空间。
而换作我们身边常用的手机或汽车就有点让人头疼了，因为这两者都对电池体积的大小有限制，尤其是手机。
穿梭效应
体积膨胀并非最大的困难，锂硫电池目前最大的技术难点是“多硫化锂穿梭效应”。
锂硫电池在充放电过程中，中间产物多硫化锂会溶解在电解液中，并迁移到电池负极，继而与锂金属发生反应，生成新的硫化锂。
这一过程称为“多硫化锂穿梭效应”，会导致电池容量快速衰减，循环寿命缩短。
锂硫电池工作原理及“穿梭”效应，图片来自Wikipedia。
最新进展
为了解决当前的技术难点，研究人员需要对锂硫电池内部发生的化学反应了解得清楚一些，再清楚一些，继而才能针对性地解决问题。
然而，由于传统的原位显微研究技术的时空分辨率低，以及锂硫体系不稳定等因素，人们很难做到这一点。
2023年度“中国科学十大进展”中，来自厦门大学的廖洪钢、孙世刚和北京化工大学陈建峰等人，他们开发出了高分辨电化学原位透射电镜技术，对锂硫电池界面反应实现了原子尺度动态实时观测和研究。
更重要的是，近百年来，“电化学界面反应”通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子１３１６．ｃｃ途径。
而这次，我国研究人员的研究揭示出还存在第三种途径，这就是“电荷存储聚集反应”。
无疑，这个新发现将为锂硫电池未来的设计提供指导。
手机电池：延长续航时间的新科技
在这篇文章中，我们将介绍一些新的科技和方法，可以帮助我们延长手机电池的续航时间。
通过穿插一些案例，我们将阐述这些方法的有效性，并提出自己的观点。
工具原料：系统版本：iOS 14.5品牌型号：iPhone 12 Pro软件版本：Battery Saver Pro 2.0一、智能省电模式：让电池更持久1、智能省电模式是一种新的科技，可以根据用户的使用习惯和需求，自动调整手机的性能和功能，以延长电池的续航时间。
例如，当用户不使用手机时，智能省电模式可以自动关闭一些不必要的后台应用程序和功能，从而减少电池的消耗。
2、此外，智能省电模式还可以根据用户的位置和时间来调整手机的亮度和网络连接，以进一步降低电池的能耗。
例如，在夜间或低光环境下，智能省电模式可以自动降低屏幕亮度，从而减少电池的使用。
二、优化应用程序：减少能耗1、优化应用程序是另一种有效延长手机电池续航时间的方法。
通过优化应用程序的代码和功能，可以减少其对电池的消耗。
例如，一些应用程序可能会在后台持续运行，消耗大量的电池能量。
通过关闭这些不必要的后台运行，可以显著延长电池的使用时间。
2、此外，一些应用程序可能会频繁使用网络连接和定位功能，从而增加电池的能耗。
通过限制这些应用程序的网络和定位权限，可以减少电池的消耗。
同时，定期更新应用程序也可以获得更好的电池优化效果。
三、充电技巧：正确使用充电器1、正确使用充电器是延长手机电池寿命的关键。
首先，选择适合手机的原装充电器，以确保充电效率和安全性。
其次，避免使用低质量的充电器，以免损坏电池。
2、此外，正确的充电方式也很重要。
避免过度充电或过度放电，可以延长电池的使用寿命。
同时，避免在充电过程中过度使用手机，以免增加电池的能耗。
18650锂电池一般在哪个设备使用？电动工具18650锂电池
那水管越粗，水就放得越快！同理，耗电也就越快！ 如果只是一个小型的电动螺丝刀，我们不需要他有非常大的动力输出，那么你可以使用低倍率的电池！但是对于一个手电钻来说，他需要大扭力输出，那么就一定要保证电池的动力足够！ 这也就是市面上卖的重载型的电钻，往往电压都是21v的高电压，容量都要4000mAh甚至更高！因为它要保证动力充足的前提，续航也要足够！所以，重载型电钻的电池包，往往里面的电池包要达到15节甚至更多，那么体积和重量也就增加了！ 那么有的朋友们会有个疑问，如果高倍率的电池放电电流大，不会出现过载保护的情况吗？ 小弟之前也是有这个疑问的，今天也是特意找了个老司机，才解除了困惑！ #p#分页标题#e#大家都知道，电池包上面往往都是有电路板，起到充放电保护的作用！那么，电钻出现放电保护的情况，也就是在工作中出现电机卡死的时候，电池会自动断电！这是因为电机正常转动时有一个反电动势，当被卡住停下来时，反电动势为0，电流相当于流过一个电阻线圈，所以电流会突然增大许多。
但是电机在运作中的电池电流，往往是达不到电路板放电保护的电流值的！ 打个比方，一个电机在空载运作的时候需要的持续输出电流是5A，那么正常的18650电池包都可以带得动。
当需要在电机在金属或者木材上面工作的时候，电机受到的扭力增加，转速就会变慢，那么它的反电动势就会减小，电流就会慢慢变大，可能会变成20A。
当电机的电流需求达到20A持续放电才不会卡死的时候，低倍率的电池包就无法支持了，低倍率电池的电流不足，就会导致电机卡死停转，反电动势为0，电流瞬间过大，电池包保护断电！、 高倍率的电池包可以达到20A的持续放电，那么电机有了足够稳定的电流输出，这样就不会卡死停转。
这也就是高倍率的电池动力比低倍率的大，体现在电钻上面，就是扭力大！ 当然高倍率的持续放电电流也是有极限的，超过一定的电流值，也是无法支持，电机也会卡死！ 但是，瘦死的骆驼比马大！当大家在钻个孔或者拧个螺丝的时候，就差一点点了，菜叶说说，拧不动了，高倍率的电池就体现出来优势了！ 4.电池品牌 国际品牌：索尼、三星、松下、LG、三洋等等 国内品牌：比亚迪、三元、力神、海四达、比克等等 国内品牌电池和国外的差距说白了就是品控问题，你说国内能做出来好电池吗？肯定能！但是批量生产出来，品控参差不齐。
所以，不是小弟崇洋媚外，如果大家预算充足，直接国外大品牌基本没错！ 以上呢就是小弟对于电动工具上面18650电池的了解，有哪些说错的，或者没说到的，还希望各位老司机指点、指点！ 我是小弟，爱好工具的小弟！
