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新固态锂金属电池3分钟充满电

2022/9/19 15:15:18 来源:科技日报

美国哈佛大学科学家为电动汽车开发了一种新型固态锂金属电池,该电池有望实现3分钟内完全充电,并且可持续使用20年。相关论文发表在最近的《自然》杂志上。

目前,初创公司Adden Energy宣布已获得哈佛大学技术发展办公室授予的独家技术许可,用于推进该技术的商业化,其目标是将电池缩小为手掌大小的“软包电池”,其组件封装在铝涂层薄膜中。

这款电池使用的是纯金属形式的锂,而不是目前市场上电动汽车电池所用的锂离子。同时,“固态”是指使用固体电极和固体电解质,而不是锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质。

在实验室中,该团队的电池原型实现了充电速度快至3分钟的,并且在生命周期内可循环超过1万次。研究人员表示,目前,即使是同类中最好的电池也只有2000—3000次充电循环,这项技术可能会“改变游戏规则”。

这款新电池新颖且复杂的设计灵感来自于英式经典三明治。与传统的锂离子电池相比,锂金属电池在相同体积下储存的能量要多得多,而充电时间却比传统锂离子电池少得多。但它们很容易形成“树突”——一种微小的、刚性的树状结构。树突会在电池中生长,其针状突起的部分称为枝晶。这些结构像根一样长入电解质并刺穿分隔阳极和阴极的屏障,可能导致电池着火。

类似三明治的多层结构可防止枝晶结构生成。如果将电池想象成三明治,首先一层是面包(锂金属阳极),然后是生菜(石墨涂层),接下来是一层西红柿(第一种电解质)和一层培根(第二种电解质),最后是另一层西红柿和最后一块面包(阴极)。在这种设计中,树突在“生菜”和“番茄”中生长,但在“培根”处停止。“培根”屏障阻止枝晶穿过使电池短路,从而防止了故障产生。

此外,该电池可自我修复,这意味着它的化学成分允许它回填由枝晶产生的孔。

这家创业公司表示,清洁能源储存技术的快速发展对于应对气候变化至关重要。据估计,仅全球汽车电气化一项就可将全球温室气体排放量减少16%,而这种“新电池模式”被视为实现这一目标的关键。

 


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