美國哈佛大學科學家為電動汽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,并且可持續使用20年。相關論文發表在最近的《自然》雜志上。
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,用于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”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分鐘的,并且在生命周期內可循環超過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2000—3000次充電循環,這項技術可能會“改變游戲規則”。
這款新電池新穎且復雜的設計靈感來自于英式經典三明治。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并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）和一層培根（第二種電解質）,最后是另一層西紅柿和最后一塊面包（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,從而防止了故障產生。
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。
這家創業公司表示,清潔能源儲存技術的快速發展對于應對氣候變化至關重要。據估計,僅全球汽車電氣化一項就可將全球溫室氣體排放量減少16%,而這種“新電池模式”被視為實現這一目標的關鍵。
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