新固態(tài)鋰金屬電池3分鐘充滿(mǎn)電 壽命可達(dá)20年 或改變電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)格局
科技日?qǐng)?bào)訊 (實(shí)習(xí)記者張佳欣)美國(guó)哈佛大學(xué)科學(xué)家為電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)鋰金屬電池，該電池有望實(shí)現(xiàn)3分鐘內(nèi)完全充電，并且可持續(xù)使用20年。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《自然》雜志上。
目前，初創(chuàng)公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學(xué)技術(shù)發(fā)展辦公室授予的獨(dú)家技術(shù)許可，用于推進(jìn)該技術(shù)的商業(yè)化，其目標(biāo)是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”，其組件封裝在鋁涂層薄膜中。
這款電池使用的是純金屬形式的鋰，而不是目前市場(chǎng)上電動(dòng)汽車(chē)電池所用的鋰離子。同時(shí)，“固態(tài)”是指使用固體電極和固體電解質(zhì)，而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質(zhì)。
在實(shí)驗(yàn)室中，該團(tuán)隊(duì)的電池原型實(shí)現(xiàn)了充電速度快至3分鐘的，并且在生命周期內(nèi)可循環(huán)超過(guò)1萬(wàn)次。研究人員表示，目前，即使是同類(lèi)中最好的電池也只有2000—3000次充電循環(huán)，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)“改變游戲規(guī)則”。
這款新電池新穎且復(fù)雜的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于英式經(jīng)典三明治。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，鋰金屬電池在相同體積下儲(chǔ)存的能量要多得多，而充電時(shí)間卻比傳統(tǒng)鋰離子電池少得多。但它們很容易形成“樹(shù)突”——一種微小的、剛性的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。樹(shù)突會(huì)在電池中生長(zhǎng)，其針狀突起的部分稱(chēng)為枝晶。這些結(jié)構(gòu)像根一樣長(zhǎng)入電解質(zhì)并刺穿分隔陽(yáng)極和陰極的屏障，可能導(dǎo)致電池著火。
類(lèi)似三明治的多層結(jié)構(gòu)可防止枝晶結(jié)構(gòu)生成。如果將電池想象成三明治，首先一層是面包(鋰金屬陽(yáng)極)，然后是生菜(石墨涂層)，接下來(lái)是一層西紅柿(第一種電解質(zhì))和一層培根(第二種電解質(zhì))，最后是另一層西紅柿和最后一塊面包(陰極)。在這種設(shè)計(jì)中，樹(shù)突在“生菜”和“番茄”中生長(zhǎng)，但在“培根”處停止。“培根”屏障阻止枝晶穿過(guò)使電池短路，從而防止了故障產(chǎn)生。
此外，該電池可自我修復(fù)，這意味著它的化學(xué)成分允許它回填由枝晶產(chǎn)生的孔。
這家創(chuàng)業(yè)公司表示，清潔能源儲(chǔ)存技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化至關(guān)重要。據(jù)估計(jì)，僅全球汽車(chē)電氣化一項(xiàng)就可將全球溫室氣體排放量減少16%，而這種“新電池模式”被視為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。