(圖片來源:nature)
可充電電池由三個主要部分組成,包括正、負(fù)極和兩者之間的電解液,電子通過電解液在電極之間來回移動。馬里蘭大學(xué)化學(xué)家兼生物化學(xué)工程師、該公司聯(lián)合創(chuàng)始人Chunsheng Wang表示,其與美國DEVCOM陸軍研究實驗室化學(xué)家Kang Xu合作開發(fā)的相關(guān)材料,性能均有所提升。
電動汽車電池中的負(fù)極通常由石墨制成,許多研究人員嘗試用硅代替石墨。與石墨一樣,當(dāng)電池充電時硅可以容納大量的鋰原子,從而提供高能量密度。然而,在充放電過程中,硅會膨脹和收縮,很快就會破裂并失效。解決這個問題的一種方法是使用硅納米顆粒,但生產(chǎn)成本很高,而且不耐用。AquaLith先進(jìn)材料公司克服了這一問題,用更大的微米級硅顆粒制造負(fù)極,比傳統(tǒng)硅負(fù)極更穩(wěn)定,比納米顆粒的使用時間更長。
AquaLith首席執(zhí)行官Gregory Cooper表示,采用這種兩全其美的負(fù)極,可使電池重量減輕15-20%。就100kWh電池而言,可減少總成本近10%。
大多數(shù)電解液以鋰鹽為基礎(chǔ),可能過熱并導(dǎo)致起火。相比之下,水基電解液更安全,但無法應(yīng)對足以支持電池有效運行的高電壓。該公司的解決方案是在水基電解液中加入鹽,進(jìn)而在電極周圍形成一層薄膜,使電壓容量增加約150%。
通常情況下,正極由鋰、鎳、錳和鈷氧化物(NMC)的混合物制成,或者由磷酸鐵鋰(LFP)制成。NMC正極中的金屬具有高能量密度,但價格昂貴;LFP成本較低,但儲存的能量更少。AquaLith公司生產(chǎn)的正極由一種混合材料制成,其中包括溴化鋰、氯化鋰和石墨。溴化物和氯化物通過化學(xué)反應(yīng)收集并釋放鋰,可以提供高能量密度,但通常只能持續(xù)50-100個充放電循環(huán),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電動汽車實際運行所需的能量。通過添加石墨,可以彌補這一缺陷,實現(xiàn)多達(dá)10倍的充電周期。
該公司計劃今年晚些時候生產(chǎn)負(fù)極材料測試樣品。Cooper表示,將這三種技術(shù)整合到一塊電池中,可能還要兩到三年的時間。AquaLith公司本身沒有生產(chǎn)電池的計劃,而是專注于制造電池材料。另外,Cooper強調(diào),其他方法大多需要改變電池的制造方式,而AquaLith的方法“能夠利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施來制造鋰離子電池,具有重要意義”。
西門子能源公司(Siemens Energy)的機器學(xué)習(xí)專家Emily Mackay表示,AquaLith公司專注于一個重要領(lǐng)域——對利用易于獲得的低成本材料來制造高能量、安全電池的需求。該公司的方法“具有商業(yè)前景,而不僅僅是研究成果”。
原標(biāo)題:AquaLith正、負(fù)極和電解液材料的開發(fā)方法可提升電池性能