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。
光电池的工作原理 光电池和光电二极管的区别
它是是能在光的照射下产生电动势的元件。
用于光电转换、光电探测及光能利用等方面。
接下来，详细为你说下光电池的工作原理 光电池和光电二极管的区别1.光电池的工作原理光电池它是指经过光的照射发生电动势的一类半导体器件，光电池的类型很多，常见的主要有硅光电池以及硫化铊还有我们的硫化银光电池等，很多的都是被用于仪表，遥控以及自动化遥测这三个上面，有的光电池能够直接的将 太阳能 进行装换成为电能，这类型的光电池被称之为太阳能电池。
光电池中一个极其关键的一个因素光伏效应原理，它是指半导体受到来自于光的照射发生电动势的情况。
也就是将，倘若太阳能电池受到来自光的照射同时的界面层将光进行吸收，含有着一定量的能量的光子可以在p型以及n型硅两者里面把电子从共价键里面进行激发出来，这样就能够发生电子-空穴对的出现，界面层周围的电子以及空穴在进行复合的前面，把经过空间负荷的电场作用进行之间的隔开，电子就向带有着正电的N位置以及空穴向带有着负电的P位置进行移动。
经过界面层具有的电荷分开，把在P位置以及N位置两者中间会出现一个向外面的能够进行测试的电压。
这时能够在硅片的两侧上面安装上惦记同时的将电压表连接。
晶体硅太阳能类型的电池，开路的电压的代表值是0.5到0.6v以内。
经过光的照射在界面层出现电子-空穴则增多，当电流变得越大，界面层进行吸收的光能资源也就增加，当界面层的表面变大，在太阳能电池里面产生的电流也就变大，光电池的工作原理是在光生伏特效应为基础的上形成的。
2.光电池和光电二极管的区别1、制作衬底材料的掺杂浓度不同；2、电阻率不同；3、光电池在零偏下工作，光电二极管在反偏下工作；4、光敏面积不同。
光电二极管与光电池都是具有PN节的光电器件，都 可把光的能量转换为电的能最，但作为传感器时却有较大的不同，它们的主能差别在于： 光电二极管：线性好、响应速度快、暗电流小。
光电池：灵敏度高、成本低。
光电池的优点得益于其光接收面积大，其缺点也是来源于此，如果作为太阳能发电的器件，光电二极管就无法与光电池相比了。
平板电脑亏电了办？有效延长平板电脑电池寿命
但是，当我们使用平板电脑时，不可避免地会遇到亏电的情况。
当平板电脑亏电了，怎么快速充电呢？第一，我们需要了解平板电脑的充电规则。
一般来说，平板电脑的充电电流与充电器功率有关，充电器功率越大，充电速度越快。
因此，我们在购买平板电脑时，最好选择功率大的充电器。
当然，这并不意味着我们可以随意使用其他品牌或型号的充电器，因为这可能会对平板电脑的电池造成损坏。
第二，为了快速充电，我们可以采用以下几种方法：1.关闭平板电脑的无线网络、蓝牙、GPS等功能，这些功能会消耗电量，关闭后可以减少电量消耗，从而快速充电。
2.使用充电线连接电脑，这样可以更快地将电脑充电，但是需要注意，使用电脑充电时，电脑需要保持开机状态，否则无法充电。
3.使用快充充电器，快充充电器功率大，可以在较短时间内充满电池。
4.使用平板电脑原装充电器，因为原装充电器是经过测试和验证的，可以保证充电效果和安全性。
第三，需要提醒的是，虽然快速充电可以让我们更快地使用平板电脑，但是过度充电会对电池产生损害，因此我们需要适当控制充电时间，避免充电过度。
平板电脑的电池寿命直接影响到我们的使用体验，因此延长平板电脑电池寿命是非常重要的。
以下是一些有效的延长平板电脑电池寿命的方法：1.减少屏幕亮度。
屏幕亮度越高，电池消耗越快，因此我们可以适当减少屏幕亮度，以延长电池寿命。
2.关闭不必要的应用程序。
在使用平板电脑时，我们可能会打开多个应用程序，这些应用程序会消耗电量，我们可以在不使用时关闭它们，以延长电池寿命。
3.关闭网络连接。
使用Wi-Fi或移动数据连接时，电池寿命会受到影响，我们可以在不需要网络连接时关闭它们，以延长电池寿命。
4.避免过度充电。
过度充电会损坏电池，因此我们需要控制充电时间，以避免过度充电。
5.使用原装充电器。
原装充电器可以保证充电效果和安全性，使用原装充电器可以延长电池寿命。
总之，延长平板电脑电池寿命需要我们注意一些细节，如果我们能够合理使用平板电脑，并采取上述措施，就可以有效延长平板电脑电池寿命。
