普通岩石可幫助下一代電動車電池實現技術突破
一個重要的障礙阻礙了電動車的廣泛應用–當今鋰離子電池的限制。它們價格昂貴,而且鋰是一種不環保的材料,供應有限。雖然磷酸鋰鐵電池解決了該技術的一些缺點,但一項新的突破使其完全不再需要鋰。
丹麥技術大學(DTU)的研究人員Mohamad Khoshkalam開發了一種很有前途的固態電池新材料,可以滿足容量、安全性、環保性和低成本等所有要求。
這種材料主要由岩石中的元素組成,特別是鉀和鈉矽酸鹽,它們是地殼中最豐富的礦物質。此外,這種材料無需使用鈷等昂貴的金屬,而目前鋰離子電池的容量和壽命都需要鈷。
這種乳白色、薄如紙張的材質可作為電池內部優異的固態電解質層。傳統的鋰離子電池使用液態電解質,讓鋰離子在陰極和陽極之間流動,進而產生電流。然而,液態電解質有潛在洩漏等缺點。固態電解質較為安全,並能提升性能。
Khoshkalam 的電解質還能在接近室溫的40°C 左右傳導離子。這意味著使用這種材料的電池有可能在正常條件下製造,而不是在需要高度控制環境或極端高溫的昂貴設施中製造。此外,這種材料不會對濕氣產生負面反應。
將電解質轉化為可用的電池形式需要經過多個步驟。 Khoshkalam 製成矽酸鉀粉末,將其混合成溶液,然後擀成薄如紙的層。然後,將這些薄層模塑成長達10 公尺的白色細長帶,並仔細烘乾。最後,這些帶子被轉移到一個特殊的手套箱環境中,與陽極和陰極組件組裝成完整的固態電池單元。
這些矽酸鹽中的鉀離子和鈉離子比鋰離子大一些,也重一些,因此它們不容易流動。不過,Khoshkalam 有一個未公開的”配方”,可以增強它們的導電性,超過鋰離子通常所能達到的導電性。他的初步測試表明,固態電解質具有很強的性能。
當然,將這種材料轉化為現實世界中的電動車電池還需要時間(甚至可能永遠無法通過可行性測試)。與鋰離子電池相比,該技術仍然是一項新技術,而鋰離子電池經過二十多年才實現商業化,並且還在不斷發展中。在製造規模上有挑戰,而且需要針對固態電解質進行最佳化的新電池設計。
儘管如此,Khoshkalam 的團隊仍希望在幾年內開發出示範電池,向公司展示這種材料的潛力。矽酸鹽礦物覆蓋了地球上90% 的面積,因此,廉價、環保的電池材料基本上是無限供應的,有待開發。然而,如何兌現這項承諾,而不像之前的許多嘗試那樣被炒得沸沸揚揚,可能是最大的障礙。