阿貢材料科學(xué)家追求新一代電池

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究進(jìn)展讓人寄希望于固態(tài)電池將早日取代傳統(tǒng)的鋰離子電池。

為電子設(shè)備(大到電動(dòng)汽車或小到手機(jī))中的電池充電已成為一項(xiàng)日常活動(dòng)，就像裝載洗碗機(jī)一樣。主要為這些設(shè)備供電的鋰離子電池重量輕且生產(chǎn)成本低。然而，它們本質(zhì)上是易燃的，隨著電力和電網(wǎng)存儲(chǔ)需求的不斷增長(zhǎng)，這引起了人們對(duì)其安全性和可靠性的擔(dān)憂。

美國(guó)能源部 (DOE) 阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究表明，用更好的技術(shù)取代鋰離子電池可能比預(yù)期更快。

鋰離子電池仍然需要液體或凝膠來(lái)讓電池充電和放電;這就是為什么舊電池有時(shí)會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而泄漏的原因。新一代更安全的電池不依賴于液體或凝膠。相反，這些固態(tài)電池使用非常薄的固體薄膜來(lái)保持電荷產(chǎn)生部分(陰極和陽(yáng)極)分開，并使電池能夠充電和放電。

多年來(lái)，來(lái)自整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家一直在固態(tài)電池背后的基礎(chǔ)科學(xué)中做出發(fā)現(xiàn)。然后，阿貢材料工程研究機(jī)構(gòu) (MERF) 的科學(xué)家們擴(kuò)大了這些發(fā)現(xiàn)，并使它們更接近市場(chǎng)。

“固態(tài)電池可以儲(chǔ)存更多能量，更安全，占用更少空間，”阿貢應(yīng)用材料部門的杰西卡·達(dá)勒姆說(shuō)，他與材料科學(xué)家阿爾伯特·利普森合作生產(chǎn)創(chuàng)新的固體來(lái)替代電池中的液體材料。â <“與目前使用的制造工藝和技術(shù)相比，我們?cè)?MERF 開發(fā)的制造工藝和技術(shù)具有特定的優(yōu)勢(shì)——更快的加工、無(wú)壓燒結(jié)、大規(guī)模均勻性和更高的密度。”

“固態(tài)電池可以儲(chǔ)存更多能量，更安全，占用更少空間。”– Jessica Durham，材料科學(xué)家

速度和一致性對(duì)電池制造的價(jià)值是顯而易見的，更高的密度可以提高電池的使用時(shí)間。改進(jìn)燒結(jié)工藝是釋放所有這些優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

燒結(jié)可能是通往更好電池的橋梁

燒結(jié)涉及加熱粉末材料，直到它慢慢形成沒有任何孔洞或孔的固體材料。這個(gè)過(guò)程在固態(tài)電池中很重要，因?yàn)榉指絷帢O和陽(yáng)極的薄材料必須足夠堅(jiān)固和致密，以承受制造、組裝和操作過(guò)程中的處理。它還必須提供高性能;也就是說(shuō)，電池必須允許快速充電，導(dǎo)電良好并持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。

通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)工藝，阿貢的科學(xué)家們還可以用鋰金屬替代當(dāng)今常用的石墨材料。這種更換使電池的能量密度增加了一倍，這意味著相同尺寸的電池可以存儲(chǔ)兩倍的能量。

Argonne 將科學(xué)付諸實(shí)踐

以有意義的工業(yè)規(guī)模和更低的成本測(cè)試和改進(jìn)制造這些固體電池材料的工藝和技術(shù)是 MERF 的專長(zhǎng)。目前，沒有人生產(chǎn)出與傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的固態(tài)電池。

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