94岁高龄“锂电之父”再出山:发明新“全固态电芯”让冬天手机不再关机

电池行业已经多年没有长足进步了。智能手机技术日新月异,电动汽车越来越流行,但受制于锂电池有限的容量,手机的续航和电动汽车的里程仍然是摆在人们面前的尴尬问题。行业在等待一项全新的技术解救他们。

你可能想到了石墨烯,或者氢燃料电池?并非如此,就目前来看,另一种名为全固态电池 (all-solid-state battery) 的技术会更快地解救电池工业。得克萨斯大学奥斯丁分校的科克雷尔工程学院今天宣布,该校的研究团队在全固态电芯技术上取得了重要的突破:他们发明了一种低成本、非燃烧,在能量密度、充放效率等指标上十分卓越的全固态电池。据该校称,在实验室测试中新电池的能量密度达到了现有锂离子电池的三倍之多!论文在此

全固态电池结构示意

全固态电池结构示意

这次,锂离子电池的共同发明者,已经 94 岁高龄的约翰·古德诺夫 (John Goodenough) 老先生再度出山,为电池行业贡献了重大突破,这个团队由他和同事玛利亚·布拉加共同领导。古德诺夫教授 1979 年发现将钴酸锂用作电极,可以显著提升锂电池的能量密度,他的诸多发现成为了后来锂电池工业的奠基。他于 1986 年加入得克萨斯大学奥斯丁分校,任教和进行科研至今。

目前,绝大多数的电池都属于液态电池(电解液)。但液态电池使用起来仍有缺陷,比如出现涨包现象、多次充放后电量降低等现象,而且若不严格按照额定电压电流充电的话,电解液会发生“金属晶须”(metal-whiskers) 现象,导致电池短路甚至起火爆炸。

古德诺夫在学校实验室

古德诺夫在学校实验室

而固态电池顾名思义,采用的是固态电解质。古德诺夫团队的核心科技是一种采用碱金属(主要是纳和锂)制成的玻璃状固态电解质。在实验室中,新电池能在 1200 个充放循环之后只出现极小的损耗,环境容忍度也很好,能够在 60℃ 到零下 20℃ 的温度下工作——如果用到手机上,iPhone 大概再也不会在冬天自动关机了吧?

但目前来看,新电芯最先应用的场景应该还是电动汽车和工业级储能设备。“想要普及电动汽车,电池的成本、安全、能量密度、充放效率和循环寿命十分重要。我们相信,这个新发现将解决很多当前电池无法解决的问题。”古德诺夫说。

该校授权部技术商业化项目主任莱斯·尼克尔斯 (Les Nichols) 对 PingWest品玩表示,新电芯完全由校内团队自主研发,已在实验室中证实了可行性,并且准备好投入到原型产品开发当中。

其实,固态电池技术早已诞生,但在过去因为大批量生产的成本太高,一直被行业所搁置。同样,古德诺夫的新突破还未达到实际投产的程度,剩下的难题则需要该校和工业界共同攻克。好消息是,该校已经在申请专利,并计划将技术授权给电池生产商。尼克尔斯估计在 18-24 个月之内,人们就能用上新的全固态电池。最先问市的产品形态可能是纽扣电池,不久后则会有更多的形态。

在消费电子业界,2015 年,苹果申请了自己的全固态电池专利;在汽车和动力方面,丰田、大众和博世都在研究全固态电池。看来在燃料电池尺寸变得足够小,石墨烯电池真的问市之前,全固态应该是电池工业的唯一希望了。

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