哈佛大學(xué)華人教授搞了個(gè)新型固態(tài)電池,成果已發(fā)表在Nature雜志上——
(資料圖片僅供參考)
充放電循環(huán)高達(dá)1萬(wàn)次,最快3分鐘充滿電。
相較而言,目前最好的固態(tài)電池循環(huán)次數(shù)為2000~3000次。
主要原因在于,他們?cè)O(shè)計(jì)出一種“三明治”電池結(jié)構(gòu),哪怕在20mA/cm2這樣的超高電流密度下,也不會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶穿透現(xiàn)象。
就在最近,這位教授成立的初創(chuàng)公司,被哈佛授予了獨(dú)家許可,目前已融資515萬(wàn)美元(約3570萬(wàn)元人民幣)。
實(shí)驗(yàn)室的最新成果,正在大步邁向商業(yè)化落地……
支持1萬(wàn)次充放電循環(huán)?
研究成果,發(fā)表在Nature雜志上。
這種新型固態(tài)電池,在20C充電倍率(8.6mA/cm2)下充放電循環(huán)1萬(wàn)次后,電池容量剩余82%。
在1.5C充電倍率(0.64mA/cm2)下充放電循環(huán)2000次以后,電池容量剩余81.3%。
同時(shí)可以在微米級(jí)正極材料中實(shí)現(xiàn)110.6kW/kg的功率密度和631.1Wh/kg的能量密度。
最新報(bào)道稱,這種固態(tài)電池最快3分鐘可充滿電。當(dāng)時(shí)這篇論文給出的結(jié)果是,10~20分鐘內(nèi)完成充電。
之所以能大幅提升電池的循環(huán)性能,主要?dú)w功于電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新——他們?cè)O(shè)計(jì)了一種類似三明治的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
從左到右依次是:
鋰金屬陽(yáng)極→石墨→LPSCI→LGPS→LPSCI→石墨→NMC811陰極
意思就是,鋰金屬作為固態(tài)電池的陽(yáng)極,單晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)則作為陰極。
石墨介于鋰金屬陽(yáng)極和第一層固態(tài)電解質(zhì)之間,主要用于隔熱。
值得一提的是,如果沒(méi)有石墨或金屬銦這樣的保護(hù)層,電壓一升高,電池(鋰金屬為陽(yáng)極,LGPS為電解質(zhì))就容易短時(shí)間內(nèi)失效。
如圖所示,三層固態(tài)電解質(zhì)厚度相當(dāng)。
夾在兩邊的第一層固態(tài)電解質(zhì)為L(zhǎng)i5.5PS4.5Cl1.5(LPSCI),特點(diǎn)在于對(duì)鋰金屬表現(xiàn)較為穩(wěn)定,但容易發(fā)生鋰枝晶穿透。它的存在能夠穩(wěn)定鋰金屬和石墨層的主要界面,并降低整體過(guò)電位。
夾在中間的第二層電解質(zhì)為L(zhǎng)i10Ge1P2S12(LGPS),對(duì)鋰不那么穩(wěn)定,但不易發(fā)生鋰枝晶穿透。
中間這層電解質(zhì)也可換成Li9.54Si1.74(P0.9Sb0.1)1.44S11.7Cl0.3(LSPS),也能獲得類似的性能表現(xiàn)。
這樣的安排好處是,鋰枝晶可以穿過(guò)石墨和第一層電解質(zhì),但到達(dá)第二層電解質(zhì)時(shí)被“攔截”下來(lái),真正解決了鋰金屬電池的一大難題和痛點(diǎn)——
電池反復(fù)多次充放電,陶瓷顆粒中會(huì)頻繁產(chǎn)生微米或亞微米級(jí)裂紋。裂紋一旦形成,鋰枝晶穿透及短路現(xiàn)象就難以避免。
“三明治”中間的這層固態(tài)電解質(zhì),恰好讓鋰枝晶無(wú)法刺穿整個(gè)電池,從而避免了電池正負(fù)極發(fā)生短路甚至起火。
除了提高安全性,這種設(shè)計(jì)還讓電池在0.25mA/cm2電流密度、室溫的情況下,循環(huán)使用1800小時(shí),性能表現(xiàn)遠(yuǎn)超單一固態(tài)電解質(zhì)的電池。
“三明治”固態(tài)電池,行業(yè)內(nèi)啥水平?
首先要理解什么是固態(tài)電池。
固態(tài)電池,就是指采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。
工作原理上,固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無(wú)區(qū)別。
兩者最主要的區(qū)別在于固態(tài)電池電解質(zhì)為固態(tài),相當(dāng)于鋰離子遷移的場(chǎng)所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。
一般按照正負(fù)極材料的不同,固態(tài)電池還可以分為固態(tài)鋰離子電池、固態(tài)鋰金屬電池(以金屬鋰為負(fù)極)。
產(chǎn)業(yè)鏈方面,固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)鋰電池大致相似,兩者主要的區(qū)別在于中上游的負(fù)極材料和電解質(zhì)不同,在正極方面幾乎一致。
固態(tài)電池核心優(yōu)勢(shì)首先是高能量密度。理論上其單體能量密度最高能達(dá)到900Wh/kg,有望徹底解決里程焦慮問(wèn)題。
其實(shí)目前的動(dòng)力電池已經(jīng)能達(dá)到1000公里續(xù)航,比如寧德時(shí)代就有相關(guān)產(chǎn)品。
但這是在電池包結(jié)構(gòu)、制造工藝上投入大量成本換取的有限進(jìn)展,這條路線的上限不高。
而固態(tài)電池的1000公里續(xù)航,其實(shí)是一件很容易的事,也就允許企業(yè)把更多成本投入安全、能源效率等等方面。
其次是高安全性,許多無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)材料不可燃,聚合物固體電解質(zhì)存在一定可燃風(fēng)險(xiǎn),但相較于電解液安全性也大幅提高。
基于這兩點(diǎn),固態(tài)電池也被認(rèn)為是未來(lái)動(dòng)力電池最有希望的發(fā)展方向之一。
目前的階段,固態(tài)電池仍然處在研發(fā)試制,國(guó)內(nèi)外都有重要玩家跟進(jìn)。
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院梳理,目前全球范圍內(nèi)約有50多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高??蒲性核七M(jìn)固態(tài)電池技術(shù)。
歐美車企對(duì)固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)關(guān)注度較高,車企通過(guò)收購(gòu)、投資在固態(tài)電池領(lǐng)域中的初創(chuàng)企業(yè)如Solid Power、SolidEnergy Systems、Ionic Materials等以獲得技術(shù)儲(chǔ)備。
日韓方面,日本車企在固態(tài)電池上的研發(fā)起點(diǎn)相對(duì)較早,最早入局的豐田在2008年就與固態(tài)電池創(chuàng)企伊利卡(Ilika)展開(kāi)了合作,三菱、日產(chǎn)、松下等大部分企業(yè)也紛紛加速布局固態(tài)電池行業(yè),爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
國(guó)內(nèi)方面,國(guó)內(nèi)企業(yè)不及西方起步早,但越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)參與其中,參與主體包括贛鋒鋰業(yè)、寧德時(shí)代等電池企業(yè);更有其他領(lǐng)域企業(yè)看好固體電池跨界投資,如以汽車零部件為主的萬(wàn)向集團(tuán)、新能源汽車比亞迪等。
不過(guò),固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化,依然存在不小的挑戰(zhàn)。
首先是需要重塑電池行業(yè)供應(yīng)鏈。
其次,固態(tài)電池采用的預(yù)鋰化硅碳負(fù)極或遠(yuǎn)景金屬鋰負(fù)極、高鎳正極、固態(tài)電解質(zhì)等新科技材料生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于目前對(duì)應(yīng)的材料,降本之路極其艱巨漫長(zhǎng)。
第三點(diǎn),是固態(tài)電池本身的快充效率不佳。一般固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率僅為電解液十分之一,的確影響實(shí)際應(yīng)用。
所以“三明治”固態(tài)電池,其實(shí)就是在充電這個(gè)問(wèn)題上取得了重大進(jìn)展。
最快3分鐘內(nèi)充滿,并且能循環(huán)充放1萬(wàn)次,超越了目前絕大部分量產(chǎn)在用的普通鋰離子電池。
研究團(tuán)隊(duì)介紹
論文第一作者是葉露涵。
本科畢業(yè)于電子科技大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,學(xué)的是新能源材料與器件專業(yè)。
2017年本科畢業(yè)后拿到哈佛大學(xué)全額獎(jiǎng)學(xué)金直博,進(jìn)入李鑫教授課題組研究鋰金屬電池。
△來(lái)自成都電子科技大學(xué)官微,最左邊是葉露涵
李鑫教授在他申請(qǐng)哈佛大學(xué)的推薦信里,這樣評(píng)價(jià)道:
葉露涵在本科期間接受了良好的學(xué)術(shù)訓(xùn)練,有超越一般本科生的創(chuàng)造性和對(duì)于科研的熱情。他表現(xiàn)出的科研水平讓我相信他具有成為哈佛或MIT博士生的潛質(zhì)。事實(shí)上,在我見(jiàn)過(guò)的本科生當(dāng)中他的科研表現(xiàn)是出類拔萃的。
他在本科期間,履歷表現(xiàn)為:
被評(píng)選為2016年度成電杰出學(xué)生、四川省優(yōu)秀畢業(yè)生。連續(xù)兩年排名專業(yè)第一,三年綜合素質(zhì)排名專業(yè)第一,兩次獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、唐立新獎(jiǎng)學(xué)金、人民一等獎(jiǎng)學(xué)金。
一共發(fā)表10篇SCI文章,其中以第一作者發(fā)表5篇SCI論文,包括但不限于Advanced Energy Materials (影響因子15.23)、Journal of Power Sources(影響因子6.33)等國(guó)際期刊。
△來(lái)自成都電子科技大學(xué)官微
參與國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、省自然基金1項(xiàng),主持校級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研基金1項(xiàng);擔(dān)任電子科技大學(xué)能源學(xué)院先進(jìn)能源材料實(shí)驗(yàn)室研究助理,協(xié)助導(dǎo)師建立和管理實(shí)驗(yàn)室。
還曾與鋰離子電池發(fā)明人、德州大學(xué)奧斯汀分校教授J. Goodenough合作,在燃料電池領(lǐng)域發(fā)表氣體擴(kuò)散相關(guān)的文章。
與劍橋大學(xué)教授K. Zhang、布朗大學(xué)教授布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室助理主任J. Dickersion合作,共同開(kāi)發(fā)電化學(xué)沉積方法在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的技術(shù)。
與哈佛大學(xué)李鑫教授課題組合作開(kāi)展了功能化鋰離子電池、固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)課題研究。
此外,他還申請(qǐng)了一項(xiàng)中國(guó)專利、一項(xiàng)美國(guó)專利,并且多項(xiàng)成果受到國(guó)家能源新材料技術(shù)研發(fā)中心、公司等資助總計(jì)超60萬(wàn)。
論文的通訊作者是李鑫,在哈佛大學(xué)約翰·A·鮑爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院擔(dān)任材料科學(xué)副教授。
在這之前,他2003年本科畢業(yè)于南京大學(xué)物理學(xué)專業(yè),2010年博士畢業(yè)于美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)。
他目前在哈佛帶的課題研究組,主要專注于通過(guò)合成、測(cè)試、表征和仿真等方式來(lái)設(shè)計(jì)下一代儲(chǔ)能材料。
同時(shí)結(jié)合電化學(xué)、顯微鏡、光譜學(xué)、第一性原理計(jì)算和人工智能,以此來(lái)獲得與材料性能相關(guān)性最強(qiáng)的研究發(fā)現(xiàn),用這些來(lái)指導(dǎo)新型儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì),其中就包括鋰離子電池或鈉離子電池的下一代正負(fù)極材料和固態(tài)電解質(zhì)。
與此同時(shí),李鑫教授與他指導(dǎo)的眾多學(xué)生,于去年一同成立了一家電池初創(chuàng)公司,名叫Adden Energy。葉露涵就在該公司擔(dān)任首席技術(shù)官。
今年年初,該公司宣布完成515萬(wàn)美元(折合人民幣約為3609萬(wàn)元)的種子輪融資,由春華資本(Primavera Capital Group)領(lǐng)投,Rhapsody Partners和MassVentures跟投。
最近,這家初創(chuàng)公司被哈佛大學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)辦公室授予了獨(dú)家技術(shù)許可。
技術(shù)許可證+最新融資,意味著他們已經(jīng)初步具備了商業(yè)化的條件,能夠?qū)?shí)驗(yàn)室的成果落地為產(chǎn)品。
李鑫教授表示非??春霉虘B(tài)電池,“如果你想大力推廣電動(dòng)車,固態(tài)電池是必經(jīng)之路”。
之所以這么有信心,他給出的原因是:
我們的技術(shù)遠(yuǎn)超其他固態(tài)電池。我們的電池充放電循環(huán)可以達(dá)到5,000~10,000次,而現(xiàn)在即便是同類產(chǎn)品中最好的也只能做到2,000~3,000次。量產(chǎn)方面,我們沒(méi)看到有什么限制性因素。一旦它進(jìn)入市場(chǎng),可能會(huì)改變游戲規(guī)則。
關(guān)鍵詞: 鋰離子電池 哈佛大學(xué) 初創(chuàng)公司
- 焦點(diǎn)要聞:電子科大高材生突破固態(tài)電池:能量密度5倍于刀片電池,3分鐘充滿,已獲融資3000萬(wàn)
- 世界速讀:燕之屋IPO撤單,“燕窩第一股”變數(shù)猶存?
- 天天觀點(diǎn):靠主播爆火的T97,咖啡里賣著加盟與售課的藥?
- 每日焦點(diǎn)!藏糧于技 北大荒力保秋糧豐產(chǎn)豐收
- 微速訊:恒興科技再度沖刺IPO 部分產(chǎn)品曾涉超產(chǎn)及“雙高”
- 天天快消息!上市公司加速破除“信息孤島”數(shù)字化解決方案設(shè)計(jì)師應(yīng)運(yùn)而生
- 環(huán)球快看:儲(chǔ)能概念板塊微跌0.15%,河南2022年底前將實(shí)現(xiàn)高速公路服務(wù)區(qū)充電樁100%覆蓋|儲(chǔ)能周評(píng)榜
- 【速看料】法國(guó)巴黎一農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)起火 未造成人員傷亡
- 每日視點(diǎn)!美國(guó)犯罪率激增 休斯敦取消受害者姓名朗讀儀式:念完需要幾小時(shí)
- 環(huán)球熱資訊!美國(guó)通脹及削減開(kāi)支措施正在削弱食品援助計(jì)劃
- 焦點(diǎn)速遞!億滋闖烘焙賽道 萬(wàn)能奧利奧IP還能用多久
- 即時(shí)焦點(diǎn):萊茵生物:公司天然甜味劑產(chǎn)品主要從甜葉菊、羅漢果提取而來(lái) 屬于新一代天然、健康、安全的甜味劑
- 今日熱訊:緬甸西部發(fā)生4.3級(jí)地震
- 當(dāng)前熱議!埃及將出售國(guó)有企業(yè)股份以籌集60億美元資金
- 天天最資訊丨威馬汽車虧損82億、創(chuàng)始人沈暉年薪12億上熱搜 若上市失敗或?qū)H拿200萬(wàn)
- 每日訊息!中港協(xié):9月中旬沿海重點(diǎn)樞紐港口貨物吞吐量同比增加8.8%
- 環(huán)球速訊:業(yè)績(jī)考核指標(biāo)遠(yuǎn)超前期表現(xiàn) 康隆達(dá)股權(quán)激勵(lì)計(jì)劃受問(wèn)詢
- 熱頭條丨賬上現(xiàn)金余額1.1億元 隴神戎發(fā)擬3.26億元收購(gòu)普安制藥70%股權(quán)
- 【環(huán)球新視野】9月26日上市公司重要公告集錦:中鋁國(guó)際擬以12.81億元出售彌玉公司52.6%股權(quán)
- 每日精選:隴神戎發(fā)擬3.26億元收購(gòu)普安制藥股權(quán) 進(jìn)一步增強(qiáng)持續(xù)盈利能力
- 【環(huán)球時(shí)快訊】游客開(kāi)車碾壓鄱陽(yáng)湖濕地,當(dāng)?shù)亟M成聯(lián)
- 【天天時(shí)快訊】十年磨利"艦"!中國(guó)第一艘航母遼寧艦
- 天天最資訊丨服役10周年,遼寧艦交靚麗答卷
- 看點(diǎn):發(fā)發(fā)命中!新一批戰(zhàn)術(shù)指揮長(zhǎng)獲實(shí)投武器資格認(rèn)
- 【全球快播報(bào)】一教師對(duì)女學(xué)生言語(yǔ)騷擾 萬(wàn)寧:撤銷
- 全球新資訊:"奧鹿"加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí) 海南發(fā)布臺(tái)風(fēng)
- 北京抽檢月餅全部合格 涉及全國(guó)各地61家食品生產(chǎn)
- 富陽(yáng)電動(dòng)自行車監(jiān)管實(shí)現(xiàn)“雙百” 電動(dòng)自行車全鏈條
- 淮北黨建促融合引導(dǎo)外賣送餐行業(yè)發(fā)展 壓實(shí)網(wǎng)絡(luò)餐
- 安徽聯(lián)合整治網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)突出問(wèn)題 規(guī)范競(jìng)爭(zhēng)秩序
- 福建四部門聯(lián)合發(fā)文守護(hù)秋季學(xué)校食品安全 嚴(yán)厲打
- 黑龍江:“你點(diǎn)我檢”進(jìn)超市 為消除廣大消費(fèi)者對(duì)
- 上海中秋假期投訴舉報(bào)情況顯示:一般食品、化妝品等
- 遼寧阜新:試點(diǎn)“市場(chǎng)監(jiān)管網(wǎng)格化” 推進(jìn)全員下沉參
- “土榨油”真的就那么好嗎?食用“土榨油”要持謹(jǐn)慎
- 街頭維修廣告騙局多 消費(fèi)者切勿被“李鬼”蒙蔽要
- 1 焦點(diǎn)要聞:電子科大高材生突破固態(tài)電池:能量密度5
- 2 世界速讀:燕之屋IPO撤單,“燕窩第一股”變數(shù)猶存?
- 3 天天觀點(diǎn):靠主播爆火的T97,咖啡里賣著加盟與售課
- 4 每日焦點(diǎn)!藏糧于技 北大荒力保秋糧豐產(chǎn)豐收
- 5 微速訊:恒興科技再度沖刺IPO 部分產(chǎn)品曾涉超產(chǎn)及
- 6 天天快消息!上市公司加速破除“信息孤島”數(shù)字化解
- 7 環(huán)球快看:儲(chǔ)能概念板塊微跌0.15%,河南2022年底前
- 8 【速看料】法國(guó)巴黎一農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)起火 未造成人員傷亡
- 9 每日視點(diǎn)!美國(guó)犯罪率激增 休斯敦取消受害者姓名朗
- 10 環(huán)球熱資訊!美國(guó)通脹及削減開(kāi)支措施正在削弱食品援