美国学者研究开发出新型锂离子动力电池体量大为缩减
2014-04-20 18:13:09
admin
199
据盖世汽车网2011年6月13日讯 电池新创A123系统公司（A123 Systems）2010年新开设了一家名为24M的公司，该企业*新开发了一种新型电池，可使电动汽车走得更远，成本更低。相关开发的一篇研究论文发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上，披露了初步细节，说明这种电池是如何工作的。目前，这种电池已经走向市场。
锂离子电池用于电动汽车和插电式混合动力车，普遍存在着一个大问题，电池体积只有约25%安置的是储存能量的材料，其余的都是由无效材料组成，如包装、导电箔和胶水，这就使电池太笨重，而且占了相当部分的成本。
24M公司打算大大减少电池中的无效材料。据估计，对比今天的汽车电池组，这篇新论文中的电池可以实现几乎两倍的能量密度。电池具有更高的能量密度，就会更小更便宜，这意味着电动和混合动力汽车将会更便宜。论文中测算，这种电池成本可能低至每千瓦时250美元，相当于现在成本的一半。
传统的电池组包含几百个电池。每个电池都包含成叠的众多薄薄的固体电极。这些电极配以金属箔集电器（Current Collectors），相互分隔采用塑料隔膜。要增加能量储存，就需要增加更多层的电极材料，而这反过来就需要更多层的金属箔和塑料隔膜。
24M公司的设计使得在有可能增加能量存储的同时，不需要额外的金属箔和塑料隔膜。关键的区别是，电极不是固体薄膜堆在电池里，而是碱渣状材料存储在容器里，一种是正极材料，另一种是负极。
这种材料从容器泵入小型设备，它们通过的渠道是刻在金属块上的。当这种情况发生时，离子就会从一个电极移动到另一个电极，也是通过同样的那种隔膜材料（就是用于传统电池的那种），电子会离开材料，进入外部电路。在这个设计中，提高能量储存简单得就像增加贮存容器的尺寸，这一设备使电极互动，可以保持同样的尺寸。这一设计也不需要连接数百个电池，以获得足够的能量储存。
这种新电池类似于一种叫做液流电池（Flow Battery）东西，其中两种电解质被泵抽着，穿过彼此。但是，传统的液流电池比这种新设计约大10倍，因为它们使用稀释的能量存储溶液（Diluteenergy Storage Solutions），这使得它们不能实际用于汽车。
以麻省理工学院（MIT）材料科学蒋业明教授（Yet-MingChiang）为首的研究团队，创立了A123系统公司和24M公司。他们实验测试了用于作电极的各种材料，包括锂钴氧化物（Lithium Cobaltoxide）等（这是常见的笔记本电脑电池）。蒋业明说，经实验证明，这种设备可以充电和放电，且速度符合电动汽车的要求。
论文中还介绍，研究人员如何克服*大的设计挑战——把电荷从碱渣中抽出。在普通的锂离子电池中，电子传递要跳过连接的导电粒子，在固体电极中，直到它们到达集电器。在新的电池中，电子不会流过电解质。因此，蒋业明和同事混合了纳米级碳粒子，混入碱渣；粒子自发形成互联网络，在流体中提供通路，让电子逃逸。
接下来的挑战依然存在（这在电池可以商业化之前就是这样）。蒋业明说，导电率（Electrical Conductivity）仍低大约100倍，这是对比实际系统而言。他还在努力提高碱渣中活性材料的浓度。
杰夫·达恩（JeffDahn）是达尔豪西大学（Dalhousie University）物理和化学教授，他指出，要达到所需的电力水平，来驱动汽车，这种电化学电池仍然需要很大体积：隔膜材料（Separator Material）必须覆盖的面积约为3m×4m。它可以切成可操作的片，堆叠起来，但这样会使系统复杂，即使用这种方法，这种电池可能还是体积大，他说。
“我们正在很好地改进这项技术，”24M公司总裁斯鲁普·万尔德（Throop Wilder）说。“认可了这篇论文，就有力地肯定了这些基本原则，会推动我们的研发。”24M公司有大约20名员工，已筹集到约1600万美元。
“这是一个非常智能的装置，”达恩说。“我不知道，这是否会不仅仅是论文中的一个想法，但蒋业明此前已经使人惊讶。”