新固態(tài)鋰金屬電池3分鐘充滿電 壽命可達(dá)20年 或改變電動汽車行業(yè)格局
科技日報(bào)訊 (實(shí)習(xí)記者張佳欣)美國哈佛大學(xué)科學(xué)家為電動汽車開發(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，而不是目前市場上電動汽車電池所用的鋰離子。同時，“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2000—3000次充電循環(huán)，這項(xiàng)技術(shù)可能會“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存的能量要多得多，而充電時間卻比傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)。樹突會在電池中生長，其針狀突起的部分稱為枝晶。這些結(jié)構(gòu)像根一樣長入電解質(zhì)并刺穿分隔陽極和陰極的屏障，可能導(dǎo)致電池著火。
類似三明治的多層結(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(鋰金屬陽極)，然后是生菜(石墨涂層)，接下來是一層西紅柿(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，樹突在“生菜”和“番茄”中生長，但在“培根”處停止?！芭喔逼琳献柚怪Т┻^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，清潔能源儲存技術(shù)的快速發(fā)展對于應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要。據(jù)估計(jì)，僅全球汽車電氣化一項(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。