根据密歇根大学的研究人员,可以利用当前标准锂离子电池的容量加倍的锂金属电池加倍当前的标准锂离子电池的能力。他们的调查结果,美国能源部支持的项目的一部分,撤消了汽车制造商寻求拥抱电动汽车储能技术的下一个重大演变的主要障碍(EVS)。

目前,EVS的进入电源,锂离子电池化学在特定能量方面接近其峰值。它还继续具有与船上火灾相关的问题。“较少的阳极”锂 - 金属电池可以为电动汽车提供电池技术的下一个跨越,这些电动汽车正在越来越多地代替道路上的内燃汽车和卡车。新生产技术代表汽车制造商的潜在成本节约。

由Jeff Sakamoto领导的研究人员团队,由机械工程副教授Jeff Sakamoto,以前展示了用锂金属阳极制成的电池可以安全地加倍使用石墨阳极的类似尺寸锂离子电池的输出。为此,团队利用李7.3.Zr.2O.12.- 一种固态电解质,称为LLZO - 取代商业电池中的液体电解质的位置。

但锂金属是反应性和弱的,使得处理和融入电池中的极端难以处理,特别是使用最先进的制造设备。U-M的团队发现了一个解决方法,基本上允许电池“构建自身”。它们的方法利用已经包含在普通阴极材料中的锂。当电池首次充电时,将电池的阴极侧上的锂离子提取并移动到电池的阳极侧 - 有效地合成锂金属阳极。

密歇根大学材料科学与工程博士研究生Michael Wang用手套箱检查锂金属电池。(密歇根大学)

“因为我们可以使用电化学来制造电池‘建造’自己的锂金属阳极,我们可以完全省去制造过程中的这一步。因此,我们可以生产最初的‘无阳极’电池,”坂本说。

在20世纪80年代,使用液体电解质的可充电锂金属电池被认为是下一个大事件,它在早期的便携式手机中渗透了市场。但它们在充电时燃烧的倾向导致工程师向不同的方向发展。在电极之间穿梭的锂原子倾向于在电极表面形成树状的纤维,称为树突,最终导致电池短路并点燃可燃电解质。锂离子电池——一种更稳定但能量密度更低的技术——于1991年推出,并迅速成为新标准。

通过从锂离子的三组分配方中去除一种关键成分——阳极,U-M的生产方法可能会降低制造成本。这一过程可以通过目前的锂离子电池生产来完成,这意味着电动汽车制造商可以采用U-M的技术,而不必完全重新安装他们的设备。

“已经进入了锂离子电池已经有很多资本投资,”Sakamoto说。“所以,如果一个人想想用新型电池取代目前的锂离子电池,那么需要完全不同的制造方法,并且更多的投资必须进入这一点。

他补充说:“试图取代现有的电池技术,需要在性能、安全性和成本方面有显著的改进——这是三方面的。”“在这项研究中,我们专注于通过简化电池的制造过程来降低成本,使用的是“圣杯”阳极——金属锂。我们希望这项工作的成果能够大幅降低电池成本,使电动汽车的成本与内燃机驱动的汽车持平。当这种情况发生时,电动汽车有望很快被广泛采用。”

U-M的技术带来的潜在成本节约也可能延伸到消费者和政府。的一个主要障碍更广泛采用的电动汽车充电站的数量不足是当前美国地区没有大量的汽车交通不太可能为充电提供尽可能多的选择,使他们不太欢迎电动汽车,导致行业所谓“里程焦虑”。

通过加倍电动车辆可以在一次充电行驶的范围内,U-M的电池技术可以通过减少所需的充电站的数量来缓解焦虑,Sakamoto相信。

本文由研究新闻和专题作者詹姆斯·林奇撰写密歇根工程,由密歇根大学,安娜堡出版。联系Lynch先生此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。


电池技术杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年5月号电池技术杂志。

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