新一代可充電鋰金屬電池的能量容量是鋰離子電池的兩倍！

SolidQnergy Systems是一家由Qichao Hu于2012年創(chuàng)立的公司，它宣布推出一種新型可充電鋰金屬電池，在給定的電池尺寸和重量下，它的能量是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。新電池與鋰離子電池一樣安全耐用?？紤]到鋰離子電池在智能手機(jī)，電動(dòng)汽車，無人機(jī)等中的廣泛使用，本發(fā)明是一個(gè)很大的進(jìn)步。電池可以使這些設(shè)備工作兩倍或使其微型版本可行。

電池行業(yè)的圣杯

幾十年來，研究人員已經(jīng)了解鋰金屬電池的優(yōu)點(diǎn)（即更高的能量密度和更小的尺寸）。然而，迄今為止，這些電池是不可再充電的并且已知會(huì)爆炸成火焰。這兩個(gè)特征源于鋰金屬和電池電解質(zhì)之間發(fā)生的反應(yīng)。該反應(yīng)不僅產(chǎn)生增加電池電阻并降低循環(huán)壽命的化合物，而且還在陽極上形成苔蘚鋰金屬凸塊，這導(dǎo)致短路。短路會(huì)產(chǎn)生高熱量并點(diǎn)燃易燃電解液。通常，為使這些電池更安全而采取的措施會(huì)降低其能量性能。新一代鋰金屬電池通過改變電池內(nèi)部的材料來解決這個(gè)問題，以改變化學(xué)本身。

鋰金屬箔陽極

為了增加能量容量，SolidEnergy采用非常薄的高能鋰金屬箔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陽極材料石墨。由于鋰金屬保持的離子數(shù)量增加，這使能量密度加倍。此外，使用比傳統(tǒng)鋰金屬陽極薄五倍且比傳統(tǒng)石墨，碳或硅陽極薄幾倍的超薄鋰金屬箔 – 研究人員已將電池尺寸減小了兩倍。2015年10月推出的新電池的第一個(gè)工作原型尺寸僅為iPhone 6的鋰離子電池的一半。它提供2.0安培小時(shí)，而鋰離子電池提供1.8安培小時(shí)。這次成功的首次亮相為公司贏得了1200萬美元的投資。

可充電和安全的鋰金屬電池

采用超薄鋰金屬箔作為陽極，以顯著減小電池尺寸。然而，所實(shí)現(xiàn)的電池僅在80攝氏度或更高的溫度下工作，并且不能用于許多商業(yè)應(yīng)用中。
鋰金屬電池通常比鋰離子電池更易揮發(fā)和短壽命。為了獲得可充電和安全的解決方案，該公司不得不對電解質(zhì)進(jìn)行化學(xué)改性。他們的解決方案是開發(fā)固體和液體混合電解質(zhì)。利用固體電解質(zhì)作為鋰金屬箔的涂層，使電池的工作溫度降低。此外，還有一種新型的準(zhǔn)離子液體電解質(zhì)，它不會(huì)燃燒，不會(huì)與鋰金屬發(fā)生不良反應(yīng)。結(jié)果是在室溫下提供鋰離子電池的能量容量并且具有鋰離子電池的安全性和壽命的電池。

制造可擴(kuò)展性

另一個(gè)令人印象深刻的特征是制造這些電池所需的制造設(shè)備與鋰離子電池相同。這意味著它們可以相對快速地商業(yè)化獲得。 實(shí)現(xiàn)這種制造能力實(shí)際上是一個(gè)影響設(shè)計(jì)的環(huán)境故事。當(dāng)胡錦濤于2012年建立SolidEnergy時(shí)，麻省理工學(xué)院電池初創(chuàng)公司A123正在申請破產(chǎn)，該公司一直致力于開發(fā)鋰離子電池  。起初，這對SolidEnergy來說是令人生畏的。然而，最終使用A123當(dāng)時(shí)閑置的生產(chǎn)線來制造第一代鋰金屬電池。

鋰金屬電池的發(fā)展

由于SolidEnergy沒有設(shè)施，沒有資金，也沒有建造電池的實(shí)驗(yàn)室，因此該公司被迫采用現(xiàn)有的鋰離子制造設(shè)備進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。最終結(jié)果是使用商用工具制造的新技術(shù)。許多電池公司的做法恰恰相反，主要集中在材料上，并根據(jù)他們將要使用的材料建立自己的實(shí)驗(yàn)室。由于他們使用全新的制造工藝進(jìn)行原型制造，因此他們的電池不能輕易地適應(yīng)商業(yè)生產(chǎn)線。

目標(biāo)市場：從無人機(jī)開始

SolidEnergy在2017年初為智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備銷售電池以及2018年推出電動(dòng)汽車時(shí)具有極其激進(jìn)的時(shí)間表。該公司的第一個(gè)目標(biāo)是他們的目標(biāo)是在今年11月覆蓋的無人機(jī)市場?？紤]到一些公司越來越有興趣??使用無人機(jī)和氣球?為農(nóng)村地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入，SolidEnergy計(jì)劃為無人機(jī)應(yīng)用提供其首個(gè)系列電池。為無人機(jī)應(yīng)用銷售電池可能是將新電池推向市場的好策略。請注意，有些電池公司因?yàn)樗上逻@樣的電池供應(yīng)商而失敗，例如，它與電動(dòng)汽車制造商特斯拉簽訂了價(jià)值數(shù)十億美元的合同。然而，最近不斷發(fā)展的專業(yè)無人機(jī)市場可以讓SolidEnergy有機(jī)會(huì)吸引其他客戶的注意力并將該技術(shù)推向市場。不幸的是，該公司尚未公布許多細(xì)節(jié)，例如電池的每千瓦時(shí)成本。但是，如果技術(shù)進(jìn)入市場，它將產(chǎn)生巨大的社會(huì)影響。例如，現(xiàn)在一次充電200英里的電動(dòng)汽車每次充電可以行駛400英里或者將電池尺寸和重量減少兩倍。簡而言之，這些電池可以改變世界對能源的看法。隨著鋰金屬電池的制造和投資，我們可能不久就會(huì)發(fā)現(xiàn)新的電池技術(shù)。