美國學者研究開發出新型鋰離子動力電池體量大為縮減
2014-04-20 18:13:09
admin
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據蓋世汽車網2011年6月13日訊 電池新創A123系統公司（A123 Systems）2010年新開設了一家名為24M的公司，該企業*新開發了一種新型電池，可使電動汽車走得更遠，成本更低。相關開發的一篇研究論文發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上，披露了初步細節，說明這種電池是如何工作的。目前，這種電池已經走向市場。
鋰離子電池用于電動汽車和插電式混合動力車，普遍存在著一個大問題，電池體積只有約25%安置的是儲存能量的材料，其余的都是由無效材料組成，如包裝、導電箔和膠水，這就使電池太笨重，而且占了相當部分的成本。
24M公司打算大大減少電池中的無效材料。據估計，對比今天的汽車電池組，這篇新論文中的電池可以實現幾乎兩倍的能量密度。電池具有更高的能量密度，就會更小更便宜，這意味著電動和混合動力汽車將會更便宜。論文中測算，這種電池成本可能低至每千瓦時250美元，相當于現在成本的一半。
傳統的電池組包含幾百個電池。每個電池都包含成疊的眾多薄薄的固體電極。這些電極配以金屬箔集電器（Current Collectors），相互分隔采用塑料隔膜。要增加能量儲存，就需要增加更多層的電極材料，而這反過來就需要更多層的金屬箔和塑料隔膜。
24M公司的設計使得在有可能增加能量存儲的同時，不需要額外的金屬箔和塑料隔膜。關鍵的區別是，電極不是固體薄膜堆在電池里，而是堿渣狀材料存儲在容器里，一種是正極材料，另一種是負極。
這種材料從容器泵入小型設備，它們通過的渠道是刻在金屬塊上的。當這種情況發生時，離子就會從一個電極移動到另一個電極，也是通過同樣的那種隔膜材料（就是用于傳統電池的那種），電子會離開材料，進入外部電路。在這個設計中，提高能量儲存簡單得就像增加貯存容器的尺寸，這一設備使電極互動，可以保持同樣的尺寸。這一設計也不需要連接數百個電池，以獲得足夠的能量儲存。
這種新電池類似于一種叫做液流電池（Flow Battery）東西，其中兩種電解質被泵抽著，穿過彼此。但是，傳統的液流電池比這種新設計約大10倍，因為它們使用稀釋的能量存儲溶液（Diluteenergy Storage Solutions），這使得它們不能實際用于汽車。
以麻省理工學院（MIT）材料科學蔣業明教授（Yet-MingChiang）為首的研究團隊，創立了A123系統公司和24M公司。他們實驗測試了用于作電極的各種材料，包括鋰鈷氧化物（Lithium Cobaltoxide）等（這是常見的筆記本電腦電池）。蔣業明說，經實驗證明，這種設備可以充電和放電，且速度符合電動汽車的要求。
論文中還介紹，研究人員如何克服*大的設計挑戰——把電荷從堿渣中抽出。在普通的鋰離子電池中，電子傳遞要跳過連接的導電粒子，在固體電極中，直到它們到達集電器。在新的電池中，電子不會流過電解質。因此，蔣業明和同事混合了納米級碳粒子，混入堿渣；粒子自發形成互聯網絡，在流體中提供通路，讓電子逃逸。
接下來的挑戰依然存在（這在電池可以商業化之前就是這樣）。蔣業明說，導電率（Electrical Conductivity）仍低大約100倍，這是對比實際系統而言。他還在努力提高堿渣中活性材料的濃度。
杰夫·達恩（JeffDahn）是達爾豪西大學（Dalhousie University）物理和化學教授，他指出，要達到所需的電力水平，來驅動汽車，這種電化學電池仍然需要很大體積：隔膜材料（Separator Material）必須覆蓋的面積約為3m×4m。它可以切成可操作的片，堆疊起來，但這樣會使系統復雜，即使用這種方法，這種電池可能還是體積大，他說。
“我們正在很好地改進這項技術，”24M公司總裁斯魯普·萬爾德（Throop Wilder）說。“認可了這篇論文，就有力地肯定了這些基本原則，會推動我們的研發。”24M公司有大約20名員工，已籌集到約1600萬美元。
“這是一個非常智能的裝置，”達恩說。“我不知道，這是否會不僅僅是論文中的一個想法，但蔣業明此前已經使人驚訝。”