美國電池技術取得突破,續航提升兩倍,受撞擊后仍能繼續工作
2023/03/31

美國之所以能在航天方面走在世界前列,靠的就是NASA的技術,而NASA的技術在未來,也會被運用在其他領域當中,比如高速攝像機、傳感器等等,這些都是科學家太空技術演變到我們生活領域的,看到這里,可能會有人問NASA是什麼,他就是美國航空航天局。

就在前不久,他們又開發出了一款新型的全固態電池組,無需使用任何電解液,也無需擔心發生液體燃燒和爆炸,其容量高達500 Wh/kg,比一般的電池組高出近兩倍,也就是說,其最大行駛距離將會增加兩倍,同時其體積也會變得更小,即使遭受碰撞,也能保持良好的工作狀態。

美國宇航空局于2021年四月開始使用固態電池,當他們公布了這款電池「提高固態電池的充電效率與安全計劃」,并將開發用于電力航空器的固態電池。

NASA宣布, SABERS測試了一種新的電池物質,將這種物質加入到電池當中,它的釋放能力有了很大的提高,在去年,這個小組已經設法使蓄電池的放電速率增加到原來的10倍,然后繼續增加了5倍。

美國國家航空航天局的研究者們對固態電池做了一些簡單的描述,比如在重量上可以提高20%到30%,在體積上可以提高30%到50%。新一代固態電池通過 SABERS雙極片堆疊,可有效降低電堆「開銷」10%-30%,同時可提升其能量及功率。

NASA的科學家所給出的圖片說明了,SABERS固態電池的內部結構,這種電池的主體成分是硫和硒。不像鋰電池,它能被堆疊起來,而不需要一個外殼來把它們分開。美國航空航天局的科學家們正致力于研發一種新型的電池,它將會更加輕便,更加安全,并且性能更加出色,而不會像現在汽車和大的電子器件那樣被廣泛使用。

他們的工作屬于美國宇航局「可持續航空計劃」的一部分,其目的在于研究固態電池在航空業中的用途,如電力飛行器和先進航空飛機等。

與行業標準的鋰離子電池相比,固態電池中沒有液態物質,而液態物質會引起很多問題,比如過熱,著火,以及隨著時間的流逝而增加耗電量等不良狀況,這是那些經常用大功率電器的人所耳熟能詳的。

而固態電池則不存在上述問題,并且其容量和抗高壓性能均優于普通鋰離子電池。目前,NASA的「可充電且安全的固態建筑電池」這個項目獲得了政府、行業和學術界的高度重視。

美國國家航空航天局克利夫蘭的SABERS研究中心的主要科學家說,「這個項目將會不斷地突破它的極限,而且我們正在向新的電池界邁進,這個新的研究成果將會有更多的東西被開發出來,而不僅僅是一個鋰離子電池,它的潛力是巨大的。」對于發展更加持久的電力飛行器來說,電池的性能是至關重要的,它既要能高效地存儲飛行器所需要的大量能源,又要保證自身的品質,這對于航空工業來說是至關重要的。

根據多家中國媒體的報道,哈佛的華裔博士李鑫,和他的弟子葉露涵,發明了一種現在最好的固態鋰電池,可以反復使用一萬次,充滿電只需要幾分鐘,可以循環兩三千次。

他們在《自然》期刊上的一篇文章中,對新一代固態電池的工作原理進行了詳細的描述。申請者在文章中稱,已成功構建出一種多層狀結構的鋰金屬固態電池,從而在極高的電流密度下保持穩定,并有效地抑制枝晶浸潤現象。

采用多層狀結構,使非穩定狀態的電解液與穩態固態電解液形成「三明治」結構,并使非穩態電解液中的裂隙得到很好地局域分解,從而有效地抑制了鋰枝晶的生成。

在此過程中,鋰枝晶能通過石墨與第一層電解質,但在進入第二層電解質時,它就會被截斷,不能再繼續往前。在常規的金屬固態電池中,經過多次循環和多次充電和放電后,其陶瓷粒子中經常會出現微米甚至亞微米尺度的裂縫。

而一旦出現了這種裂痕,就很難避免鋰枝晶的穿透和斷裂。由于「三明治」之間的固態電解質,使得鋰枝晶不可能貫穿整塊電池,也就不會出現正、負極短路的現象,所以即便是出現了碰撞,也不會有任何問題。

對于 NASA發布的固態電池資料,李泓、張永柱等人都表示,NASA在固態電池方面,確實有一些創新之處,一些科研單位在研究固態電池時,拿出的一些實驗樣本,其技術指標都非常出色。

而這種樣本的核心,就是要進行產業化,而且在這種情況下,不但要看固態電池的性能,更要看其成本,看其生產工藝的難度。

將固態電池放進車里,有什麼問題需要解決?

在全世界范圍內,固態電池已經不是什麼新鮮事物了,常規液態鋰電池是在鋰離子由正電極向負電極移動,然后又回到正電極的運動過程中,從而實現了充電和放電的全過程。而固態電池也是如此,只有一樣東西是不同的,那就是它的電解質是固態的。

然而,固態電解質存在著離子導電性能差的問題,尤其是在低溫下,其次在電解質的固態界面上,它和電池正負極之間存在較大的界面阻抗。

另外,固態電池中所使用的新型材料如預鋰化硅碳負極、高鎳正極、固態電解質等,將徹底顛覆現有的液態鋰電池系統,且其制造成本將大大提高,降低成本的道路將非常艱難和漫長。

固態電池是一種極具發展潛力的新型鋰電材料,據悉世界上大約有50家的生產企業、創業企業和大學研究機構正在努力推動 S固態電池技術的發展。

歐美市場上,寶馬集團在2022年將1.3億美元的資金投入到 ,該公司將在美國科羅拉多州成立一家固態電池創業企業SP當中,他們的目標是,在2025年之前生產一款帶有固態電池的汽車,并在2030年之前批量生產。

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