機(jī)器之心報(bào)道

機(jī)器之心編輯部

哈佛研發(fā)的這項(xiàng)電池技術(shù)在擴(kuò)展方面沒(méi)有任何基本限制，這可能會(huì)改變整個(gè)電池行業(yè)。

去年，來(lái)自哈佛大學(xué)的研究者開(kāi)發(fā)了一種用于電動(dòng)汽車的新型固態(tài)鋰電池，10-20 分鐘內(nèi)就可以充滿電。現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)表示這種自主研發(fā)的鋰電池又獲得了新的突破，僅需 3 分鐘就可以充滿電了，并宣布已經(jīng)獲得哈佛大學(xué)的技術(shù)許可。由研究團(tuán)隊(duì)成立的初創(chuàng)公司 Adden Energy 也完成了由 Primavera Capital Group 領(lǐng)投的 515 萬(wàn)美元的種子輪融資。

初創(chuàng)公司 Adden Energy 由哈佛大學(xué)副教授李鑫、哈佛博士生 William Fitzhugh 和 Luhan Ye 于 2021 年創(chuàng)立，他們都參與了這項(xiàng)鋰電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)。值得一提的是，Primavera Capital 的創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng) Fred Hu 也是 Adden Energy 的創(chuàng)始人之一。

據(jù) Adden Energy 介紹，這種自主研發(fā)的鋰金屬電池使用壽命超過(guò) 10000 次，電池原型具有高能量密度和材料穩(wěn)定性，并克服了一些鋰電池的安全問(wèn)題，研究論文發(fā)表在《Nature》上。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03486-3

Adden Energy 計(jì)劃首先將電池研制成手掌大小的軟包電池，然后在未來(lái)三到五年內(nèi)將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓钠囯姵亍?/p>

Adden Energy CEO Fitzhugh 指出，2019 年美國(guó) 29% 的二氧化碳排放量來(lái)自交通運(yùn)輸。發(fā)展電動(dòng)汽車是應(yīng)對(duì)氣候變化最有意義的做法之一，然而，廣泛普及電動(dòng)汽車又需要耗費(fèi)大量的電池來(lái)滿足消費(fèi)者的各種需求。這就帶來(lái)新的問(wèn)題，例如，37% 的美國(guó)家庭沒(méi)有車庫(kù)，因此無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間給車充電。為了使這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)電氣化，電動(dòng)汽車需要在與內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)充電，基本上就是在加油站所花費(fèi)的時(shí)間。

鋰金屬電池的最大挑戰(zhàn)一直是化學(xué)反應(yīng)。鋰電池在充電過(guò)程中將鋰離子從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極。當(dāng)陽(yáng)極由鋰金屬制成時(shí)，表面會(huì)形成稱為枝晶的針狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在電解質(zhì)中生長(zhǎng)，并刺穿分隔陽(yáng)極和陰極的屏障，導(dǎo)致電池短路甚至著火。

為了克服這一挑戰(zhàn)，哈佛研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種多層電池，在陽(yáng)極和陰極之間夾入了不同穩(wěn)定性的不同材料。他們通過(guò)新穎的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)在枝晶造成損害之前阻止它們生長(zhǎng)。因此，該設(shè)備可以在較長(zhǎng)的使用壽命內(nèi)保持其高性能。

電池的設(shè)計(jì)是怎樣的我們可以將電池想象成三明治。首先是面包：鋰金屬陽(yáng)極，然后是生菜：石墨涂層，接下來(lái)，一層西紅柿：第一種電解質(zhì)和一層培根：第二種電解質(zhì)。用另一層西紅柿和最后一塊面包來(lái)充當(dāng)陰極。

第一種電解質(zhì)（化學(xué)名稱 Li_5.5PS_4.5Cl_1.5 或 LPSCI）對(duì)鋰更穩(wěn)定，但容易發(fā)生枝晶穿透。第二種電解質(zhì)（Li_10Ge_1P_2S_12 或 LGPS）對(duì)鋰的穩(wěn)定性較差，但不受枝晶的影響。在這種設(shè)計(jì)中，枝晶可以通過(guò)石墨和第一電解液生長(zhǎng)，但當(dāng)它們到達(dá)第二電解液時(shí)就會(huì)停止生長(zhǎng)。換句話說(shuō)，枝晶在生菜和番茄中生長(zhǎng)，但在培根處停止。培根屏障阻止枝晶穿過(guò)電池。

李鑫表示：「如果你想讓汽車實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，固態(tài)電池是必經(jīng)之路。我們正著手將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化，因?yàn)槲覀兿嘈胚@項(xiàng)技術(shù)與其他固態(tài)電池相比是獨(dú)一無(wú)二的。我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室條件下讓電池在使用壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 5000 到 10000 次的充電循環(huán)，而現(xiàn)在同類產(chǎn)品中最好的電池也只能實(shí)現(xiàn) 2000 到 3000 次充電循環(huán)。并且我們的電池技術(shù)在擴(kuò)展方面沒(méi)有任何基本限制。這可能會(huì)改變整個(gè)電池行業(yè)。」