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玻璃电池临面世!固态电池新篇章即将揭开

发表时间:2020-04-14 10:59

玻璃电池临面世!固态电池新篇章即将揭开


      JohnB.Goodenough(约翰·B·古迪纳夫)美国物理学家,与葡萄牙研究员玛丽亚·海伦娜·布拉加(Maria Helena Braga)一起研发出“玻璃电池”。继古迪纳夫40年前研发的锂电池,此次的“奇迹电池”并非像现在这样基于液体电解质,而是基于固体,即电子穿过与碱金属结合的玻璃。这种固态电池具有诸多优点:容量大、耐冷热、充电不再需要数小时而是几分钟,且固态电解质不燃烧。

  现年97岁高龄的古迪纳夫主导了锂离子电池的发展,是科克雷尔工程学院教授,也是电池研究届的一个传奇。他被称为锂电池之父,创造出了当今流行的,在消费级电子设备和电动汽车上广泛使用的,可多次充电的电池。

  一、玻璃电池时代离我们不远了

    “我们相信,我们的发现,解决了今天的电池存在的很多问题,”古德伊纳夫说。古德伊纳夫和他的工程师团队相信,对新一代电池的等待可能很快就要结束了。

  现在,古德伊纳夫和他的工程师团队,在德州州立大学奥斯汀分校研发出了第一款玻璃锂电池。这些电池体,可以为手机和电动汽车,提供持续时间更长的多次充电电池。

  锂玻璃不仅将锂离子的能量密度翻了三倍,他还能在几分钟内重新充满电,可充电周期超过几千次,在零下的极端天气也表现出色,并且不会像锂电池一样易燃。

  研究者们证明,新的锂玻璃电池有传统锂电池至少三倍多的电能。更高的电能意味着电动力汽车可以在充电点之间,行驶更多的英里数。三倍延长电动汽车的行驶范围,使得电动汽车可与汽油动力汽车并驾齐驱,可以帮助这个成长中的环保市场获利。

  二、锂玻璃电池充电更快捷,更高效,更安全

    “我想我们有可能做成我们在过去二十年一直想做的事情,”古德伊纳夫对《IEEE综览》记者说。“也就是,造一辆在价格和方便程度上,都能与有内燃机的汽车相竞争的电动力车。

    “锂玻璃电池的构想也经受得主更多次的充放电循环,这相当于延长了电池使用寿命,同时,充电的时间也变短了(几分钟而不是几小时)。对于手机用户,这意味着绑在墙上插座前的时间也变少了。

  新电池的关键就是使用固体玻璃电解质,而不是锂电池常用的液态电解质。液态电解质在阳极(电池的背面)和阴极(电池的正面)之间,运输导电的锂离子。如果液态电池充电速度过快,会造成短路,还会起火。而固体的电解质降低了电路板短路的风险,成为更安全的选择。

玻璃电解质也使用了可持续的材料,“用廉价的盐来代替锂。而盐可以从广泛可得的海水中提取,“使得玻璃锂电池成为更环保的一种电池。联合研究者,科克雷尔学校资深研究员玛丽亚 海莲娜 布拉加说。

  在其他替代品(比如氢气和硫化锂)试验使用的同时,锂电子,和锂聚合物,仍是笔记本电脑,智能手机和逐渐增加的电动汽车使用的主流技术。

  三、玻璃电池两年内投放市场  

  新的锂玻璃电池研究很有前景,但这项新技术仍需几年的时间,才能被引入商业市场。

  据IEEE(美国电气电子工程师学会)主期刊《IEEE Spectrum》报道,位于加拿大的储能专业公司Hydro-Quebec正在将古迪纳夫的固态电池推向市场。

  该技术的专利权已由研究团队所在的德克萨斯大学奥斯汀分校转让给Hydro-Quebec。这家加拿大公司在电池储能技术方面是全球公认的先锋。Hydro-Quebec有着雄心勃勃的计划:玻璃电池应该在两年内准备好投放市场;然后,合作伙伴公司可以大规模生产电池。

  目前,德国汽车巨头梅赛德斯-奔驰正与Hydro-Quebec合作开发新的电池技术。

  四、柔性玻璃用于钙钛矿电池

  美国能源材料公司(EMC)与康宁公司签署了联合开发协议(JDA),计划开发用柔性玻璃封装的钙钛矿太阳能电池。

  根据TestPV查阅到的技术资料,EMC公司的R2R(卷对卷)工艺能够大大提升电池封装的生产效率,而康宁公司的柔性Willow玻璃具有优异的热机械稳定性、光学清晰度、表面质量和出色的阻隔性。

  据EMC首席执行官Stephan DeLuca博士介绍,太阳能电池板要求高效率和长寿命,康宁Willow Glass极大地扩展了使用高速卷对卷印刷方法制造高性能钙钛矿太阳能电池组件的工艺窗口,同时提供了可延长产品寿命的封装屏障。  

  康宁技术中心副总裁Dipak Q. Chowdhury博士认为,“Willow Glass是卷对卷印刷钙钛矿型光伏组件的独特定制基材,高产量的R2R工艺与康宁Willow Glass优异的材料性能相结合,可实现高速和高性能的光伏电池制造。”

  如果这项合作能够获得成功,钙钛矿太阳能电池的生产效率将大幅提升,制造成本将大幅降低,并能推动高性能的钙钛矿型太阳能光伏技术尽快实现产业化,将产品尽早商业化推向新能源领域。






文章分类: 玻璃知识
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