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固体电池新突破:能量密度将达到锂电池两倍
固体电池新突破:能量密度将达到锂电池两倍
  • 发布时间:2021-02-07 15:34

固体电池新突破:能量密度将达到锂电池两倍

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从某种程度上讲,所有现代锂离子电池都是一种妥协,因为最初的概念是制造"锂金属"电池,可以在相同的体积下可以储存更多的能量。但问题在于,锂金属电池的耐用性很差。


锂电池在充电过程中会将锂离子从阴极转移到阳极,并会在这一过程中极具能量。这就需要中间有一个隔板,只能让锂离子通过,同时还需要导电电解质。


在锂金属电池中,穿梭的锂离子在阳极侧简单地形成纯金属锂。但是锂有形成树枝状结构的趋势,树枝状结构可以穿透阴极,导致电池短路。


而且由于这些电池中使用的液体电解质是易燃的,因此短路时就可能会起火。


解决方案之一就是使用石墨阳极。石墨的有序结构为锂离子提供了存在空间,这大大降低了枝晶形成的风险。但是这种石墨可以占据电池将近一半的体积,而且不会增加能量密度。虽然电池安全得到保证,但是性能却削弱了。


近日,备受关注的电池技术公司QuantumScapehas宣布其已经解决了这个问题。


之所以说它备受关注,是因为其不仅拿到了比尔盖茨、上汽、大众的投资,而且团队还很强大,包括谷歌前董事,大众首席科学家,特斯拉的前CTO等。


改进锂离子电池的一个方案是制造电解质材料,用以取代电池中的易燃成分,减少电解质和其他电池材料之间不必要的化学反应,这些化学反应会随着时间的推移而导致电池性能下降。


QuantumScapehas在固体电解质方面的研究已经有大约十年,此前该项目从斯坦福大学的一个实验室剥离出来,并得到了美国能源部的一些资助。


在新闻发布会和视频通话中,QuantumScape展示了它制造的电池,并提供了大量的测试数据。但是,这些测试尚未得到第三方独立验证。


QuantumScape表示,与传统锂离子电池相比,它的固态电池将能使电动汽车的续航里程增加80%。而且,在800次充电循环后,仍能保持80%以上的容量。


安全方面,固态电池没有起火风险。而且体积能量密度将超过每升1000瓦时,几乎是商用锂离子电池组密度的两倍。


从目前的一些信息得知,此次展示的新型电池为袋式电池,具有单片阴极层、固体电解质层和阳极接触箔。阴极材料可能是一种镍锰钴阴极材料,这也是目前最常见的阴极材料。


在充电过程中,锂离子离开阴极,穿过固体电解质层,并镀在阳极箔上形成纯锂。这确实会导致电池的厚度在充电过程中略微膨胀,但QuantumScape表示问题不大,因为它只在一个方向上膨胀。


看起来,QuantumScape的研究要比实验室成果更进一步。该公司表示,大约五年前,它确定了固体电解质的陶瓷材料,并从那时起一直在研究制造工艺。


虽然QuantumScape展示的测试电池包含一个大约一张扑克牌大小的电池夹层,但该公司表示,其实际的电池单元将更像一副包含许多堆叠层的扑克牌。


为此,QuantumScape需要规模化生产这些材料。这不仅仅是量产的问题,同时保持完美的质量。


QuantumScape已经获得了巨额投资,而且还与大众汽车建立屏一项合作协议,将合作延伸到制造阶段。该公司计划在2024年或2025年利用固态电池进入电动汽车市场。


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