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科学家开发“无序岩盐”结构 锂离子电池有望摆脱钴的限制实现性能提升
发布时间:2018-10-12 16:23:30   点击次数:32

 钴元素一直存在价格昂贵且供应链脆弱的问题,美国能源部在 3 年前就已启动一个研究项目,旨在研发不需要钴元素的锂离子电池,进而在降低电池造价的同时,加速新能源汽车技术的发展,为造出价格更低、续航时间更长的电动汽车和工业储能系统奠定基础。

 

  材料科学家Gerd Ceder是劳伦斯·伯克利国家实验室的研究项目主管,目前致力于用一种“无序岩盐”来作为可充电电池的阴极。

 

  通常情况下,锂离子电池的阴极需要钴元素来维持分层结构,以便让锂离子顺利通过。但是多年前,Ceder教授和同事发现了某种能存储更多锂离子的新型材料,有望在完全不使用钴元素的情况下提高锂电池的能量密度。

 

  Ceder教授在接受《麻省理工技术评论》的采访时,对电池新材料面临的挑战、锂电池的优势、以及电池技术为何看起来总是停滞不前等问题进行了探讨。

 

 

  麻省理工科技评论:您负责的新复合材料研发项目的下一步工作会是什么?

 

  Gerd Ceder:我们四年前就提出了这一概念,如今我们已经找到了非常多具备理想性能的化合物,接下来我们会从中挑选一些材料进行实验,如果新材料能够解决我们所面临的问题,那么下一阶段便是进行商业化尝试。

 

  而对于这些材料,首先它们必须有良好的充电-放电速率,以及电池的标准循环寿命。然后,我们会用各种手段对材料进行处理,以进一步提高电池的性能。

 

  目前,我们已经对潜力*大的几种材料纳进行了下一阶段的测试,我认为这是我从事这项材料研究以来*有希望成功的一次。

 

  麻省理工科技评论:为什么一种新材料从实验室到市场耗时如此之长?

 

  Gerd Ceder:任何商业化产品都会在这一过程耗费漫长的时间,并且加快研发的速度也无法对整个流程起到太大的推动作用,因为材料的优化、测试,以及消费者的接受程度等因素都会对产品的上市产生影响。

 

  对于电池来说,在这段时间里,材料必须被量产、测试后,再被送到电池厂商经过长达2年时间的测试。因此即使我们今天就在实验室发现了一种完美的材料,产品上市也需要6-10年时间。

 

 

 

  麻省理工科技评论:几年前您曾说过“固态电池是近乎完美的电池”,现在您还这么认为吗?

 

  Gerd Ceder:固态电池依然是我心中的“完美电池”,我对此保持乐观的态度。人们在这一领域投入的努力也将会*终换来性能出色的固态电池产品。

 

  但不得不说,固态电池还有很多问题需要解决,固态电解质的*大问题在于其自身的不稳定性,也正因为此,目前为止还没人实现固态电池的大规模生产。

 

  但不管如何,我依然认为这是目前*有前景的技术发展方向之一。

 

  麻省理工科技评论:网格电能存储是近年来备受投资界关注的技术,对于这一领域,您认为有希望的研究方向有哪些?

 

  Gerd Ceder:在我看来,网格电能存储还存在诸多不确定性,短期来看,出于可靠性的考虑,锂电池依然是目前的**选择。

 

  对于其他技术,我并不否认可能会新的技术进入到电能存储领域,但这个行业巨头云集,我们不能低估这其中的竞争程度。

 

  麻省理工科技评论:有专家说锂离子电池是有成本下限的,因此这并不适用于电能的长期储存。对此您的看法是怎样的?

 

  Gerd Ceder:锂离子电池已经非常便宜了。而对于其他技术,就算它们理论上能做到更便宜,但它们首先应该要被造出来。同时,初创公司只有在高价值的市场上才能存活,而电能储存市场并不具备这一特点。

 

  再举个极端的例子:如果你需要把一度电储存6个月,你愿意为此支付多少钱呢?很显然,这样的服务需要非常便宜才有可能吸引到客户,否则选择直接发电会是个更经济的做法。

 

  进一步说,我不确定这种极度便宜的方案能不能在电化学储存领域实现,因为化学电池也并不能够解决所有问题。


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