新固態鋰金屬電池 3 分鐘充滿電、可循環超過萬次

作者 | 發布日期 2022 年 09 月 19 日 14:07 | 分類 汽車科技 , 電動車 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


美國哈佛大學科學家為電動車開發了一種新型固態鋰金屬電池,該電池有望實現 3 分鐘內完全充電,並且可持續使用 20 年。相關論文發表在最近的《自然》雜誌上。

目前,初創公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可,用於推進該技術的商業化,其目標是將電池縮小為手掌大小的「軟包電池」,其組件封裝在鋁塗層薄膜中。

這款電池使用的是純金屬形式的鋰,而不是目前市場上電動汽車電池所用的鋰離子。同時,「固態」是指使用固體電極和固體電解質,而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。

在實驗室中,該團隊的電池原型實現了充電速度快至3分鐘、並且在生命週期內可循環超過1萬次。研究人員表示,目前,即使是同類中最好的電池也只有2,000-3,000次充電循環,這項技術可能會「改變遊戲規則」。

這款新電池新穎且複雜的設計靈感來自於英式經典三明治。與傳統的鋰離子電池相比,鋰金屬電池在相同體積下儲存的能量要多得多,而充電時間卻比傳統鋰離子電池少得多。但它們很容易形成「樹突」──一種微小的、剛性的樹狀結構。樹突會在電池中生長,其針狀突起的部分稱為枝晶。這些結構像根一樣長入電解質並刺穿分隔陽極和陰極的屏障,可能導致電池著火。

類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。如果將電池想像成三明治,首先一層是麵包(鋰金屬陽極),然後是生菜(石墨塗層),接下來是一層番茄(第一種電解質)和一層培根(第二種電解質),最後是另一層番茄和最後一塊麵包(陰極)。在這種設計中,樹突在「生菜」和「番茄」中生長,但在「培根」處停止。「培根」屏障阻止枝晶穿過使電池短路,進而防止故障產生。

此外,該電池可自我修復,這意味著它的化學成分允許它回填由枝晶產生的孔。

(本文由 品玩 授權轉載;首圖來源:哈佛大學