94歲高齡「鋰電之父」重出江湖:發明新「全固態電池」讓冬天手機不再關機

2017.03.03 by
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鋰電池有限的容量漸漸無法應付不斷推陳出新的科技產品,何者會成為電池革命的新星?你可能想到了石墨烯,或者氫燃料電池,不過有一種名為全固態電池的技術可能會更快解救電池工業。

電池產業已經多年沒有長足進步了。智慧手機技術日新月異,電動汽車越來越流行,但受制於鋰電池有限的容量,手機的續航和電動汽車的里程仍然是擺在人們面前的尷尬問題。產業在等待一項全新的技術解救他們。

你可能想到了石墨烯,或者氫燃料電池?並非如此,就目前來看,另一種名為全固態電池(all-solid-state battery)的技術會更快地解救電池工業。得克薩斯大學奧斯丁分校的科克雷爾工程學院今天宣布,該校的研究團隊在全固態電芯技術上取得了重要的突破:他們發明了一種低成本、非燃燒,在能量密度、充放效率等指標上十分卓越的全固態電池。 據該校稱,在實驗室測試中新電池的能量密度達到了現有鋰離子電池的三倍之多!論文在此

全固態電池結構示意。

這次,鋰離子電池的共同發明者,已經94歲高齡的約翰·古德諾夫(John Goodenough) 老先生再出手,為電池產業貢獻了重大突破,這個團隊由他和同事瑪利亞·布拉加共同領導。古德諾夫教授1979年發現將鈷酸鋰用作電極,可以顯著提升鋰電池的能量密度,他的諸多發現成為了後來鋰電池工業的奠基。他於1986年加入得克薩斯大學奧斯丁分校,任教和進行科研至今。

目前,絕大多數的電池都屬於液態電池(電解液)。但液態電池使用起來仍有缺陷,比如出現漲包現象、多次充放後電量降低等現象,而且若不嚴格按照額定電壓電流充電的話,電解液會發生「金屬晶須」(metal-whiskers)現象,導致電池短路甚至起火爆炸。

古德諾夫在學校實驗室。

而固態電池顧名思義,採用的是固態電解質。古德諾夫團隊的核心科技是一種採用鹼金屬(主要是納和鋰)製成的玻璃狀固態電解質。在實驗室中,新電池能在1,200個充放循環之後只出現極小的損耗,環境容忍度也很好,能夠在60℃到零下20℃的溫度下工作——如果用到手機上,iPhone大概再也不會在冬天自動關機了吧?

但目前來看,新電芯最先應用的場景應該還是電動汽車和工業級儲能設備。「想要普及電動汽車,電池的成本、安全、能量密度、充放效率和循環壽命十分重要。我們相信,這個新發現將解決很多當前電池無法解決的問題。」古德諾夫說。

該校授權部技術商業化專案主任萊斯·尼克爾斯(Les Nichols) 對PingWest表示,新電芯完全由校內團隊自主研發,已在實驗室中證實了可行性,並且準備好投入到原型產品開發當中。

其實,固態電池技術早已誕生,但在過去因為大批量生產的成本太高,一直被產業所擱置。同樣,古德諾夫的新突破還未達到實際投產的程度,剩下的難題則需要該校和工業界共同攻克。好消息是,該校已經在申請專利,併計劃將技術授權給電池生產商。尼克爾斯估計在18-24個月之內,人們就能用上新的全固態電池。最先問市的產品形態可能是鈕扣電池,不久後則會有更多的形態。

在消費電子業界,2015年,蘋果申請了自己的全固態電池專利;在汽車和動力方面,豐田、大眾和博世都在研究全固態電池。看來在燃料電池尺寸變得足夠小,石墨烯電池真的問市之前,全固態應該是電池工業的唯一希望了。

本文授權轉載自:PingWest

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