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科學(xué)家開發(fā)“無序巖鹽”結(jié)構(gòu) 鋰離子電池有望擺脫鈷的限制實現(xiàn)性能提升
發(fā)布時間:2018-10-12 16:23:30   點擊次數(shù):1110

 鈷元素一直存在價格昂貴且供應(yīng)鏈脆弱的問題,美國能源部在 3 年前就已啟動一個研究項目,旨在研發(fā)不需要鈷元素的鋰離子電池,進而在降低電池造價的同時,加速新能源汽車技術(shù)的發(fā)展,為造出價格更低、續(xù)航時間更長的電動汽車和工業(yè)儲能系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

 

  材料科學(xué)家Gerd Ceder是勞倫斯·伯克利國家實驗室的研究項目主管,目前致力于用一種“無序巖鹽”來作為可充電電池的陰極。

 

  通常情況下,鋰離子電池的陰極需要鈷元素來維持分層結(jié)構(gòu),以便讓鋰離子順利通過。但是多年前,Ceder教授和同事發(fā)現(xiàn)了某種能存儲更多鋰離子的新型材料,有望在完全不使用鈷元素的情況下提高鋰電池的能量密度。

 

  Ceder教授在接受《麻省理工技術(shù)評論》的采訪時,對電池新材料面臨的挑戰(zhàn)、鋰電池的優(yōu)勢、以及電池技術(shù)為何看起來總是停滯不前等問題進行了探討。

 

 

  麻省理工科技評論:您負責(zé)的新復(fù)合材料研發(fā)項目的下一步工作會是什么?

 

  Gerd Ceder:我們四年前就提出了這一概念,如今我們已經(jīng)找到了非常多具備理想性能的化合物,接下來我們會從中挑選一些材料進行實驗,如果新材料能夠解決我們所面臨的問題,那么下一階段便是進行商業(yè)化嘗試。

 

  而對于這些材料,首先它們必須有良好的充電-放電速率,以及電池的標準循環(huán)壽命。然后,我們會用各種手段對材料進行處理,以進一步提高電池的性能。

 

  目前,我們已經(jīng)對潛力*大的幾種材料納進行了下一階段的測試,我認為這是我從事這項材料研究以來*有希望成功的一次。

 

  麻省理工科技評論:為什么一種新材料從實驗室到市場耗時如此之長?

 

  Gerd Ceder:任何商業(yè)化產(chǎn)品都會在這一過程耗費漫長的時間,并且加快研發(fā)的速度也無法對整個流程起到太大的推動作用,因為材料的優(yōu)化、測試,以及消費者的接受程度等因素都會對產(chǎn)品的上市產(chǎn)生影響。

 

  對于電池來說,在這段時間里,材料必須被量產(chǎn)、測試后,再被送到電池廠商經(jīng)過長達2年時間的測試。因此即使我們今天就在實驗室發(fā)現(xiàn)了一種完美的材料,產(chǎn)品上市也需要6-10年時間。

 

 

 

  麻省理工科技評論:幾年前您曾說過“固態(tài)電池是近乎完美的電池”,現(xiàn)在您還這么認為嗎?

 

  Gerd Ceder:固態(tài)電池依然是我心中的“完美電池”,我對此保持樂觀的態(tài)度。人們在這一領(lǐng)域投入的努力也將會*終換來性能出色的固態(tài)電池產(chǎn)品。

 

  但不得不說,固態(tài)電池還有很多問題需要解決,固態(tài)電解質(zhì)的*大問題在于其自身的不穩(wěn)定性,也正因為此,目前為止還沒人實現(xiàn)固態(tài)電池的大規(guī)模生產(chǎn)。

 

  但不管如何,我依然認為這是目前*有前景的技術(shù)發(fā)展方向之一。

 

  麻省理工科技評論:網(wǎng)格電能存儲是近年來備受投資界關(guān)注的技術(shù),對于這一領(lǐng)域,您認為有希望的研究方向有哪些?

 

  Gerd Ceder:在我看來,網(wǎng)格電能存儲還存在諸多不確定性,短期來看,出于可靠性的考慮,鋰電池依然是目前的**選擇。

 

  對于其他技術(shù),我并不否認可能會新的技術(shù)進入到電能存儲領(lǐng)域,但這個行業(yè)巨頭云集,我們不能低估這其中的競爭程度。

 

  麻省理工科技評論:有專家說鋰離子電池是有成本下限的,因此這并不適用于電能的長期儲存。對此您的看法是怎樣的?

 

  Gerd Ceder:鋰離子電池已經(jīng)非常便宜了。而對于其他技術(shù),就算它們理論上能做到更便宜,但它們首先應(yīng)該要被造出來。同時,初創(chuàng)公司只有在高價值的市場上才能存活,而電能儲存市場并不具備這一特點。

 

  再舉個極端的例子:如果你需要把一度電儲存6個月,你愿意為此支付多少錢呢?很顯然,這樣的服務(wù)需要非常便宜才有可能吸引到客戶,否則選擇直接發(fā)電會是個更經(jīng)濟的做法。

 

  進一步說,我不確定這種極度便宜的方案能不能在電化學(xué)儲存領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn),因為化學(xué)電池也并不能夠解決所有問題。


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