更安全、持续时间更长的车用电池


  美国奥兰多(Orlando)的一家初创企业研发了新的制造技术,可以提高电动汽车所使用的电池的稳定性和使用寿命。国家可再生能源实验室(NREL)的衍生公司Planar Energy公司正致力于扩大生产固态锂离子电池的规模。

  传统的电池通常使用液体电解质,可能遭受会损害电池阴极的不良化学反应。用固态离子导体代替液体电解质可以提高电池的稳定性和使用寿命,因为不需要额外的元件使其保持稳定,所以电池可以变得更小。固体电解质也可以与更广泛的电池化学过程相兼容,有可能提供更高的功率或存储密度。

  但固态电池的造价非常昂贵,很难将其扩大到笔记本电脑或车辆所需的尺寸。像其他固态器件一样,通常会使用复杂、昂贵、真空型的沉积方法生产固态电池。真空沉积限制了固态电池的厚度,这反过来又限制了它们的能量存储容量。因此,这些薄膜电池只能有限地使用在小型设备中。

  使用压印制作工序来制造更厚的固态电池的努力由于缺乏可压印固体电解质材料(可压印电极通常必须与液体电解质相结合,在充放电过程中来回输送离子)而受到阻碍。

  Planar Energy公司已经研发了一种卷到卷的生产工艺来制造更大型的固态锂离子电池。今年春天,该公司收到来自美国能源部先进研究计划署(Advanced Research Projects Agency Energy)项目授予的价值400万美元的基金,该公司说,它压印的固态电池的存储量是相同尺寸的液体锂离子电池存储量的3倍多。存储能量的增加可能主要是因为该公司的全固态电池不需要许多的在传统电池中占据空间的支撑结构和材料,从而拥有了更多的能量存储空间。

  Planar Energy公司预计,与使用高真空机械制造的固态电池相比,其能减少一半的投资费用。该公司表示其生产工艺可以用来生产足以驱动电动汽车的大电池。

  佛罗里达中央大学(University of Central Florida)先进材料加工与分析中心(Advanced Materials Processing and Analysis Center)主任素迪普塔?西尔(Sudipta Seal)说:“他们能使用卷到卷制作工艺来生产固体电解质——这是他们的优势。”佛罗里达中心已经独立验证了Planar Energy公司电解质的导电性,其导电性与在如今锂离子电池中使用的液体电解质一样高。西尔说:“数据表明,该材料的性能非常好。”

  公司首席执行官斯科特?法里斯说,Planar公司的技术的关键在于其压印过程。真空沉积的好处是,它可以制造高品质的薄膜,可以让材料具有更高的导电性。正常情况下,薄膜的质量难以与使用卷到卷生产工艺制造的薄膜质量相匹敌。

  法里斯说,Planar公司的生产工艺的驱动力是化学自组装。化学前体流到卷状金属或塑料基底的表面,它们彼此之间相互反应,形成纳米粒子网状物。该公司已采用了这种自组装化学方法制造电极和电解液。

  国家再生能源实验室的高级科学家罗兰?皮茨(Roland Pitts)已经同意加入这个公司,他说:“这些电池有许多与薄膜电池一样的性能,但可以组合成大规格电池。”Planar Energy公司正在研发三种不同的电池化学技术。其中一种技术把锂锰氧化物与离子结合,可以运行的功率为3~5伏特,每克的充电容量为200毫安小时。皮茨说,这能媲美锂钴氧化物——目前市场上的一种高能量、高功率的电池化学技术。

  法里斯说,该公司计划明年建造其自己的试验生产线,并将开始制造用于便携式电子设备的电池,以此证明该压印固态电池的可行性。他说,从长远来看,固态电池有可能扩大到汽车电池的规模。皮茨谈到Planar公司的目标时说:“我们希望跨越目前的技术,努力找到更好的技术。”