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科技新聞

美國研究出新型電動汽車電池方案

【世界機械網】時間：2011-06-15　來源：本站整理　【收藏本頁】

去年，電池新創公司A123系統公司(A123 Systems)開設了另一家公司，稱為24M公司(24M)，開發一種新型電池，想使電動汽車走得更遠，成本更低。現在，一篇研究論文發表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上，披露了初步細節，說明那種電池如何工作。它還克服了使電池走向市場的挑戰。

有一個大問題，鋰離子電池用于電動汽車和插電式混合動力車，只有約25%的電池體積放置的是儲存能量的材料。其余的都是由無效材料組成，如包裝，導電箔和膠水，這就使電池笨重，而且占了相當部分的成本。

24M公司打算大大減少電池中的無效材料。據估計，這篇新論文中的電池可以實現幾乎兩倍的能量密度，這是對比今天的汽車電池組。電池具有更高的能量密度，就會更小更便宜，這意味著電動和混合動力汽車將會更便宜。這篇論文估計，這種電池成本可能低至每千瓦時250美元，低于它們現在成本的一半。

傳統的電池組包含幾百個電池。每個電池都包含成疊的眾多多薄薄的固體電極。這些電極配以金屬箔集電器(currentcollectors)，相互分隔采用塑料薄膜。要增加能量儲存，就需要增加更多層的電極材料，而這反過來就需要更多層的金屬箔和塑料薄膜。

24M公司的設計使得有可能增加能量存儲，而不需要額外的金屬箔和塑料薄膜。關鍵的區別是，電極不是固體薄膜堆在電池里，而是堿渣狀材料存儲在容器里，一種是正極材料，另一種是負極。

這種材料從容器泵入小型設備，它們通過的渠道是刻在金屬塊上的。當這種情況發生時，離子就會從一個電極移動到另一個電極，也是通過同樣的那種隔膜材料，就是用于傳統電池的那種。電子會離開材料，進入外部電路。在這個設計中，提高能量儲存簡單得就像增加貯存容器的尺寸，這一設備使電極互動，可以保持同樣的尺寸。這一設計也不需要連接數百個電池，以獲得足夠的能量儲存。

這種新電池類似于一種東西，叫做液流電池(flowbattery)，其中兩種電解質被泵抽著，穿過彼此。但是，傳統的液流電池比這種新設計約大10倍，因為它們使用稀釋的能量存儲溶液(diluteenergystoragesolutions)，這使得它們不能實際用于汽車。

研究人員中，帶領人是蔣業明(Yet-MingChiang)，他是麻省理工學院(MIT)材料科學教授下，創立了A123系統公司和24M公司，研究人員測試各種材料，用于電極，包括鋰鈷氧化物(lithiumcobaltoxide)，這是常見的筆記本電腦電池。他們證明，這種設備可以充電和放電，速度符合電動汽車的要求，蔣業明說。

文中還介紹，研究人員如何克服最大的設計挑戰：把電荷從堿渣中抽出。在普通的鋰離子電池中，電子傳遞要跳過連接的導電粒子，在固體電極中，直到它們到達集電器。在新的電池中，電子不會流過電解質。因此，蔣業明和同事混合了納米級碳粒子，混入堿渣;粒子自發形成互聯網絡，在流體中提供通路，讓電子逃逸。

挑戰依然存在，在電池可以商業化之前就是這樣。導電率(electricalconductivity)仍低大約100倍，這是對比實際系統而言，蔣業明說。他還在努力提高堿渣中活性材料的濃度。

杰夫-達恩(JeffDahn)是達爾豪西大學(DalhousieUniversity)物理和化學教授，他指出，要達到所需的電力水平，來驅動汽車，這種電化學電池仍然需要很大體積：隔膜材料(separatormaterial)必須覆蓋的面積約為3米乘4米。它可以切成可操作的片，堆疊起來，但這樣會使系統復雜，即使用這種方法，這種電池可能還是體積大，他說。

“我們正在很好地改進這項技術，”24M公司總裁斯魯普-萬爾德(ThroopWilder)說。“認可了這篇論文，就有力地肯定了這些基本原則，會推動我們的研發。”24M公司有大約20名員工，已籌集到約1600萬美元。

“這是一個非常智能的裝置，”達恩說。“我不知道，這是否會不僅僅是論文中的一個想法，但蔣業明此前已經使人驚訝。”

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