电池革命每周都会被预测但这个可能是真实的

马萨诸塞州的一家公司正在开发锂金属电池，其能量密度是当前锂离子电池设计的两倍我们是否正处于电池技术革命的尖端?总部位于马萨诸塞州沃本市的SolidEnergy系统公司创始人兼首席执行官胡启超认为如此。Hu指出，就像着名的摩尔定律那样，微处理器的功率每两年增加一倍，电池的能量密度也会增加一倍，但是在30年的周期中要慢得多。最近一次重大突破发生在20世纪90年代早期索尼推出锂离子电池时。它在小型封装中的高能量密度使我们今天认为理所当然的消费电子类型的发展发生了革命。

“索尼在1990年商业化的锂离子技术推动了笔记本电脑，iPod，手机等时代的发展。它实现了便携式消费电子产品的时代。但现在我们正在进入一个新的时代 - 电动汽车，无人机，无人机交付，航空运输，飞行出租车。这是一个新时代，我们需要一种新型电池来为电动汽车提供动力，无论是陆上还是空中，“胡告诉设计新闻。

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从20世纪90年代开始，具有石墨基阳极的锂离子电池提供的能量密度约为每瓦250瓦小时(Wh / kg)。硅基阳极最近的突破已达到约350 Wh / kg，但实际上这似乎是锂离子技术的限制。要想更高，就需要改变技术。现在，就在30年的时间表上，胡博士和SolidEnergy表示，公司有望在2021年前生产出近500 Wh / kg的锂金属电池。

事实上，如果没有宣布有望改变世界的新电池技术，那么几乎没有一周过去。虽然继续取得重大进展，但大多数声称性能改进的主张乐观主要来自于进行电池研究的小实验规模。从实验硬币细胞或计算机模拟推断结果是一回事，而在生产水平设备上构建和测试全尺寸实际细胞则是另一回事。

该公司认为，这是SolidEnergy的优势所在。由于与电池制造商A123在破产重组时的早期关系，刚刚起步的SolidEnergy能够使用A123的闲置生产设备来研究如何构建下一代电池。此外，成立于2012年的SolidEnergy早期决定他们将专注于材料而非工艺，并努力开发可用于现有电池生产线设备的新想法。

“我们正在尝试使用相同的锂离子制造工艺来构建锂金属技术，这是一项新技术。我们正在尝试使用旧的制造工艺来开发新技术。如果我们要建立一种新的电池技术然后发明一种新的制造工艺，这对于制造业来说将是一个巨大的障碍。我们发现使用现有的锂离子制造工艺可以制造锂金属技术，“胡说。

SolidEnergy电池性能的关键是使用锂金属箔作为阳极(负极)，而不是当今锂离子电池中使用的石墨电极。锂金属电池通常是初级(不可再充电)小型电池，以高电荷密度和长寿命而着称。硬币或纽扣电池或AA或AAA尺寸电池通常用于为手表或电子设备供电，可能需要更换几年才能使用。使用箔来制造更大的可充电电池带来了挑战。

“锂金属对湿度很敏感，所以你必须在干燥的房间里工作，它会粘在表面上，所以你必须对设备本身进行特殊的表面处理，而且它很轻，所以当你拿起它时，你有仔细对待界面。因此，基本机制是相同的，但工具和材料之间的处理界面必须进行修改，“胡说。

当锂金属箔阳极用于可充电电池时，会出现另一个问题。当锂电池充电时，锂离子从阴极和电池电解质移动到阳极。利用锂金属阳极，这些离子镀在锂金属的表面上，理想地是均匀的层。然而，实际上，金属锂的电镀通常形成称为树枝状或苔藓锂的spikey微结构。这些枝晶如果足够大，会刺穿阴极和阳极之间的隔板，导致短路甚至火灾。尽管它们具有显着更高的能量密度的潜力，但这仅限于实际的锂金属到不可再充电的原电池。

到目前为止，充电期间枝晶生长的解决方案是放弃使用锂金属阳极并在锂离子电池中使用石墨阳极，锂离子电池可以可逆地嵌入(或结合)锂离子到其结构中，防止枝晶生长。当在低温下充电时，当将锂离子结合到石墨结构中更困难时，或者在公路车辆的再生制动期间可能发生的非常高的充电电流时，树枝状晶体可以并且确实在石墨电极上形成。防止枝晶生长限制了锂电池的充电速度。

如果你想制造一个锂金属阳极，一个技巧是用一种允许锂离子流到阳极表面的材料涂覆活性锂金属表面，这限制了可能使细胞短路的有害树枝状结构的产生。这种涂层是SolidEnergy新电池设计的秘密，因此是专有的。Hu解释说，充电过程中对锂的树枝状生长的抑制需要特殊的涂层，一种控制电压和电流的特定和专有的充电协议，以及对电池内部施加压力，这也有助于减少枝晶生长。理想地，如果满足所有要求，则在数千个再充电循环中的每一个期间，将光滑且连贯的锂金属层电镀到现有金属箔上。

SolidEnergy显然不是唯一一家致力于可充电锂金属技术的电池公司，但它是目前唯一一家目前正在商业化生产的产品。该公司推出的锂金属电池正在分阶段进行。2017年推出的第一款产品是用于高空无人机的电池，例如由军方操作的无人机。SolidEnergy无人机电池采用的锂金属阳极使其能够产生与锂离子电池相同的能量，但占用空间的一半，几乎是重量的一半。减轻重量可以显着提高无人机的性能和耐用性。

由于SolidEnergy是企业对企业的供应商，因此普通大众无法使用这些特殊的无人机电池。它们目前在SolidEnergy在Woburn的原型生产设施上生产，每月约5,000个细胞。该公司正在寻找中国或韩国合作伙伴来提高产能。

胡锦涛表示，由于电池的设计是在现有的电池机器上生产，因此扩大生产不应成为问题。有限的生产和处理薄锂金属箔意味着马萨诸塞州生产的电池比锂离子电池更昂贵，但胡预计随着消费级无人机电池销售开始时产量增加，成本会下降。

下一阶段将是消费电子产品 - 手机和手表。“最终，我们想进入电动汽车市场，”胡说。“现在这些电动汽车可能是陆地上带轮子的汽车，也可能是电动垂直起降器。所以垂直起飞和着陆飞行出租车。那将是2021年及以后，“他说。

“这很令人兴奋，”胡继续说道。“我希望从现在起几年后人们会说，在20世纪90年代，索尼推出了第一款锂离子电池，并推出了消费电子产品，而在2020年，30年后，SolidEnergy推出了第一款锂金属电池，开启了电动运输的新纪元，陆地和空中都有。“

高级编辑凯文克莱门斯30多年来一直在撰写有关能源，汽车和交通主题的文章。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的世界陆地速度记录。

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