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锂金属电池

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推动到电动车辆的过渡正在越来越坚强 - 通用电机,福特, 和大众所有人都使承诺在20世纪30年代升起电气,零排放车辆的生产。

目前,电动汽车仅占市场份额的3%全球新车销量。这是因为今天的许多消费者来说,与燃气汽车相比,EVS非常昂贵,太昂贵,太麻烦了燃料,很大程度上归功于用于为它们供电的锂离子电池。

为了真正抓住和帮助降低碳排放量,许多专家表示,它将采取超过主要汽车制造商的承诺。我们需要开发全新的电池和锂金属电池可能会握住答案。

今天的电池问题

今天生产的EVS使用锂离子电池,电脑或智能手机的相同类型的电池。这些电池使我们能够做我们曾经认为不可能的事情的事情 - 就像我们的设备一样。

然而,它们也有一些主要的缺点:它们昂贵、沉重,而且可以很快死掉。(此外,在电动汽车中,它们偶尔也会出现起火如果发生碰撞。哎呀。)

使用金属锂的电池重量轻,可以运行两倍,并且比当今大部分电池都能更高。

锂离子电池由两个末端电极上的两种不同材料组成。一个是带负电(阳极),另一个是正电荷(阴极)。在这些材料之间是一种液体化学物质(电解质),其在两个相对的带电端部之间来回携带离子,从而产生电流,该电流向您试图为您的任何设备流出。

利用锂离子电池,通常由石墨制成的带负电电极。石墨的主要问题是它很大而且很重 - 它实际上并没有促进电池的整体能源生产。

但是,如果我们可以创建一个电池,可以将每个电子都能使用创建和存储能量,这将是一个更轻且更强大的电池。

输入:锂金属。

锂金属电池的承诺

定期表的最轻的金属金属锂被认为是电池材料的圣杯,因为它具有最高的能量密度。使用金属锂的电池重量轻,可以运行两倍,并且比当今大部分电池都能更高。

因为锂离子电池使用重石石墨而不是锂金属,所以在能量密度方面时它们处于劣势。与石墨不同,金属锂不仅仅是枯萎 - 它实际上有助于电池的整体能源生产。

但是有一个带有金属锂的悬钩:它是超级反应性的。与任何液体接触,包括电解质(用于来回运输离子的化学物质)可以通过引起典型的枝条,以形成的微小裂缝来降低电池。这些树枝状物可以短路电池,可能导致它燃烧。

固态电池可以降低成本,提高电动汽车的安全性。

这是您在特斯拉或电子设备中找不到锂金属电池的重要原因。

如果他们将成为电池创新中的下一个大事,研究人员必须创造一种电解质,这些电解质不会降解金属,但仍然允许离子容易地通过它。

这是一个高大的秩序 - 但解决方案很可能是固体电解质。

固态电池的想法已有几十年的历史。然而,到目前为止,还没有人能把它变成现实。

但是Quantumsape,一个推出斯坦福的电池启动,现在索赔做到这一点。

从液体到固体

Quantumscape正在紧密锁定究竟究竟是究竟弥补了他们的新型固态电解质 - 公司唯一会说的是它是陶瓷,根据为了麻省理工学院技术审查。

CEO Jagdeep Singh告诉麻省理工学院,该公司的电池将有助于使EVS成为商业成功:它们将降低成本,改善驾驶范围,缩短充电时间,增加寿命,提高安全性。

“任何可以满足这些要求的电池都可以在今天的方式中真正开辟98%的市场,”他说。

内部数据发布该公司的研究表明,单层固态电池可以在不到15分钟的时间内充电80%的容量。(相比之下,在2019年,特斯拉能够做到这一点为3型充电37分钟从5%到90%)。在800次充电后,它还保留了80%以上的容量,更重要的是,它不允许树突形成,而且不可燃。

“乌克岭国家实验室的电池研究员南希·杜德队让我恢复了我的高跟鞋,告诉麻省理工学院的詹姆斯寺。“在第一次看,它看起来非常好。”

Quantumscape的结果到目前为止,虽然令人印象深刻,有限。经过10年的工作,该公司仅在单层细胞上发表的测试。但电池需要至少几十个层,以便在EVS中工作 - 这一事实,导致电池行业中的许多人对Quantumscape开发电池的持怀疑态度,这是在未来四年内发电的电池。

将电池从单个电池放大到一个完整的电池组可能是一个更加困难的任务。“即使一种材料在小尺度上看起来很有希望,但在放大后,这些缺陷可能会成为一个更大的问题,”阿贡储能科学合作中心主任文卡特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)说,根据《连线》杂志。

“实际运作与实验室规模运营非常不同。”

Quantumscape的发展只在实验室中看到,仍然是商业化的几年。

前方长长,拥挤的道路

电池领域最近出现了激烈的竞争——有许多不同类型的固态电池正在开发中,而QuantumScape并不是唯一一家致力于解决这个问题的初创公司。这是一个好消息——电池的发展是复杂和困难的,而对更高效和更安全的电池的需求预计只会在未来十年增长。

“由于固态电池在推动汽车电气化方面的巨大潜力,固态电池的竞争格局正变得越来越拥挤,”科罗拉多州电池初创企业Solid Power的首席执行官道格·坎贝尔(Doug Campbell)告诉《连线》(Wired)杂志。

“这最终导致EVS更大,更高的可靠性和更低的成本。”

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