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美國(guó)學(xué)者研究開(kāi)發(fā)出新型鋰離子動(dòng)力電池體量大為縮減

2014-04-20 18:13:09 admin 203
來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 / 時(shí)間:2011-6-15 15:24:21
  據(jù)蓋世汽車(chē)網(wǎng)2011年6月13日訊 電池新創(chuàng)A123系統(tǒng)公司(A123 Systems)2010年新開(kāi)設(shè)了一家名為24M的公司,該企業(yè)*新開(kāi)發(fā)了一種新型電池,可使電動(dòng)汽車(chē)走得更遠(yuǎn),成本更低。相關(guān)開(kāi)發(fā)的一篇研究論文發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)上,披露了初步細(xì)節(jié),說(shuō)明這種電池是如何工作的。目前,這種電池已經(jīng)走向市場(chǎng)。
  鋰離子電池用于電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē),普遍存在著一個(gè)大問(wèn)題,電池體積只有約25%安置的是儲(chǔ)存能量的材料,其余的都是由無(wú)效材料組成,如包裝、導(dǎo)電箔和膠水,這就使電池太笨重,而且占了相當(dāng)部分的成本。
  24M公司打算大大減少電池中的無(wú)效材料。據(jù)估計(jì),對(duì)比今天的汽車(chē)電池組,這篇新論文中的電池可以實(shí)現(xiàn)幾乎兩倍的能量密度。電池具有更高的能量密度,就會(huì)更小更便宜,這意味著電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)將會(huì)更便宜。論文中測(cè)算,這種電池成本可能低至每千瓦時(shí)250美元,相當(dāng)于現(xiàn)在成本的一半。
  傳統(tǒng)的電池組包含幾百個(gè)電池。每個(gè)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?jī)?chǔ)存,就需要增加更多層的電極材料,而這反過(guò)來(lái)就需要更多層的金屬箔和塑料隔膜。
  24M公司的設(shè)計(jì)使得在有可能增加能量存儲(chǔ)的同時(shí),不需要額外的金屬箔和塑料隔膜。關(guān)鍵的區(qū)別是,電極不是固體薄膜堆在電池里,而是堿渣狀材料存儲(chǔ)在容器里,一種是正極材料,另一種是負(fù)極。
  這種材料從容器泵入小型設(shè)備,它們通過(guò)的渠道是刻在金屬塊上的。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí),離子就會(huì)從一個(gè)電極移動(dòng)到另一個(gè)電極,也是通過(guò)同樣的那種隔膜材料(就是用于傳統(tǒng)電池的那種),電子會(huì)離開(kāi)材料,進(jìn)入外部電路。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,提高能量?jī)?chǔ)存簡(jiǎn)單得就像增加貯存容器的尺寸,這一設(shè)備使電極互動(dòng),可以保持同樣的尺寸。這一設(shè)計(jì)也不需要連接數(shù)百個(gè)電池,以獲得足夠的能量?jī)?chǔ)存。
  這種新電池類(lèi)似于一種叫做液流電池(Flow Battery)東西,其中兩種電解質(zhì)被泵抽著,穿過(guò)彼此。但是,傳統(tǒng)的液流電池比這種新設(shè)計(jì)約大10倍,因?yàn)樗鼈兪褂孟♂尩哪芰看鎯?chǔ)溶液(Diluteenergy Storage Solutions),這使得它們不能實(shí)際用于汽車(chē)。
  以麻省理工學(xué)院(MIT)材料科學(xué)蔣業(yè)明教授(Yet-MingChiang)為首的研究團(tuán)隊(duì),創(chuàng)立了A123系統(tǒng)公司和24M公司。他們實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jiàn)的筆記本電腦電池)。蔣業(yè)明說(shuō),經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,這種設(shè)備可以充電和放電,且速度符合電動(dòng)汽車(chē)的要求。
  論文中還介紹,研究人員如何克服*大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)——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(guò)連接的導(dǎo)電粒子,在固體電極中,直到它們到達(dá)集電器。在新的電池中,電子不會(huì)流過(guò)電解質(zhì)。因此,蔣業(yè)明和同事混合了納米級(jí)碳粒子,混入堿渣;粒子自發(fā)形成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),在流體中提供通路,讓電子逃逸。
  接下來(lái)的挑戰(zhàn)依然存在(這在電池可以商業(yè)化之前就是這樣)。蔣業(yè)明說(shuō),導(dǎo)電率(Electrical Conductivity)仍低大約100倍,這是對(duì)比實(shí)際系統(tǒng)而言。他還在努力提高堿渣中活性材料的濃度。
  杰夫·達(dá)恩(JeffDahn)是達(dá)爾豪西大學(xué)(Dalhousie University)物理和化學(xué)教授,他指出,要達(dá)到所需的電力水平,來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē),這種電化學(xué)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(lái),但這樣會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜,即使用這種方法,這種電池可能還是體積大,他說(shuō)。
  “我們正在很好地改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù),”24M公司總裁斯魯普·萬(wàn)爾德(Throop Wilder)說(shuō)。“認(rèn)可了這篇論文,就有力地肯定了這些基本原則,會(huì)推動(dòng)我們的研發(fā)。”24M公司有大約20名員工,已籌集到約1600萬(wàn)美元。
  “這是一個(gè)非常智能的裝置,”達(dá)恩說(shuō)。“我不知道,這是否會(huì)不僅僅是論文中的一個(gè)想法,但蔣業(yè)明此前已經(jīng)使人驚訝。”
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