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高能量密度鋰硫電池將于2024年用于電動汽車行業(yè)的熱度還沒消散，新的重磅消息又來了。 世界首批超高能量密度的硅鋰離子電池已經(jīng)問世并開始商用。 經(jīng)過測試，它的續(xù)航能力比特斯拉4680電池的高約一倍，電動汽車續(xù)航即將突破1500公里。 自電池問世以來，人們一直在不斷推動改進電池技術(shù)。電池的發(fā)展經(jīng)歷了早期的鉛酸到鎳鎘再到現(xiàn)在的鋰離子，鋰離子電池的推出代表了電池發(fā)展的重大突破。 今天的鋰離子電池電極材料主要由碳和石墨制成，與其他類型的電池不同，負極由石墨制成的鋰離子電池在高能量密度、循環(huán)壽命和可用性方面已經(jīng)趨近極限，近年來發(fā)展趨于平穩(wěn)。 盡管新型高能量電池研發(fā)困難重重，但是挑戰(zhàn)并沒有阻止科學(xué)家和電池制造商尋找并創(chuàng)造下一個“改變游戲規(guī)則”的電池的方法。 為了提高電池的性能和容量，研發(fā)人員做了很多工作，包括使用不同的材料，探索不同的金屬，嘗試各種電池組裝方式等等。
由于具有令人難以置信的儲能潛力，硅成為了石墨的最佳替代品。 與傳統(tǒng)石墨電極相比，硅可以存儲多達 10 倍的鋰，因此，硅負極可將電池容量提高 10 倍，不僅如此，還能提高電池的充電速度，因而極具吸引力。 但是，當硅充滿鋰時，它會急劇膨脹，這可能會導(dǎo)致它破裂并停止工作。 早在2007年的時候，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了解決硅負極膨脹問題的方法，那就是使用納米線，硅納米線顯示出耐受膨脹和抗開裂。 受困于其他技術(shù)條件的發(fā)展，硅負極從實驗室研發(fā)到商用花了15年時間，這15年時間，科學(xué)家和電池制造商的研發(fā)人員競相在不斷地完善這種技術(shù)。 賽道越來越擁擠，誰先到達終點，必將全球矚目！ Amprius作為高能和高容量鋰離子電池的領(lǐng)先制造商，率先攻克了技術(shù)難關(guān)，找到了在納米線中使用硅的解決方案，并 于 2016 年開始研發(fā)將其專利硅納米線平臺商業(yè)化。 經(jīng)過6年的商業(yè)化研發(fā)后，終于在今年發(fā)布了第一款商用的100% 硅負極鋰離子電池，其能量密度超過了航空工業(yè)電氣化所需的普遍接受的 400Wh/kg，達到了450Wh/kg。
他們用100% 硅納米線負極直接替代石墨負極，其余的電池組件和制造方法與目前市場上用的鋰離子電池一樣。 硅納米線直接植根于負極的基板中，納米線容忍體積膨脹，具有適應(yīng)膨脹的微觀和宏觀孔隙率，能改善固體電解質(zhì)界面和循環(huán)壽命，并且負極厚度減至石墨電極厚度的一半。 而硅是能量密度最好的材料，使用100%硅意味著可以提供最高能量密度的鋰離子電池。 硅納米線無需粘合劑直接連接到基板，這意味著沒有任何東西可以阻止電流的流動，因此，具有高導(dǎo)電性和連接線，可實現(xiàn)最高的能量與功率比。 此外，他們還在這種新型的硅鋰離子電池中添加了自己研發(fā)的氟化電解質(zhì)材料。除了超高的能量密度，他們還聲稱該100% 硅納米線鋰電池具有出色的循環(huán)壽命，但是并沒有公布具體的循環(huán)數(shù)值。 說了這么多，來看看最關(guān)心的電池續(xù)航能力。他們用這款硅鋰離子電池與石墨負極鋰離子電池進行了對比，在包括空中飛行器，可穿戴智能手表以及電動汽車的續(xù)航能力上進行了模擬測試。
測試結(jié)果顯示硅鋰離子電池的續(xù)航能力比石墨負極鋰離子電池的高了約一倍以上，其中在電動汽車上的測試是在特斯拉的車型上進行的模擬，對比的是特斯拉最新的4680電池。 4680電池用于全新的Model Y車型，根據(jù)國內(nèi)CLTC標準工況，續(xù)航里程超過750公里。因此，大致預(yù)估，搭載硅鋰離子電池的電動汽車續(xù)航能力將有望突破1500公里。 然而，首批量產(chǎn)的硅鋰離子電池被運送至了航空領(lǐng)域，他們沒有披露何時將用于電動汽車行業(yè)。 前幾天寫的高能量密度（500Wh/kg）鋰硫電池，首批量產(chǎn)的電池也是首先用于航空領(lǐng)域。無論是硫還是硅，盡管材料比較廉價，但是目前的技術(shù)成本還比較高，這可能是目前暫時無法用于電動汽車行業(yè)的原因之一。 但是不管如何，這些技術(shù)的成功應(yīng)用為電池領(lǐng)域打開了新的大門，隨著技術(shù)的不斷進步，電池的未來似乎一片光明。 未來可期。 本文為科技酷探原創(chuàng)，抄襲必究！ |
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