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美研發(fā)新型電動汽車電池 能量存儲翻番

鉅大LARGE  |  點擊量:287次  |  2023年07月04日  

硅混合各種形式的碳,包括碳纖維和石墨,這些碳可以供應(yīng)一條途徑,讓電子穿過材料,彌合硅裂縫形成的空隙。電池組成本超過1萬美元,這就是最大的原因,使電動汽車的成本高過常規(guī)天然氣驅(qū)動的汽車。


恩維亞公司可能會解決一些關(guān)鍵問題,使電動汽車電池成本減少一半。來源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè)


恩維亞公司(Envia)是一家新創(chuàng)公司,它的資金來自通用汽車公司(GM)和美國政府高級研究項目署能源處(ARPA-E:AdvancedResearchProjectsAgencyforEnergy),這家公司說,已制成一些電池,可以存儲能量是現(xiàn)在電動汽車的兩倍多。假如這項技術(shù)可以實用,那就可以使電池成本減半,電池是電動汽車中最昂貴的部件。


然而,仍有許多工作要做,之后,電池才可用于商用電動汽車。除其他優(yōu)勢外,它們的充放電次數(shù)也肯定可以提高一倍以上。


在高級研究項目署能源處年度峰會上,這項技術(shù)被突出介紹,峰會本周在華盛頓特區(qū)(Washington,D.C.)舉辦,部分是為了展示能源部做出的能源技術(shù)進步,能源部負(fù)責(zé)高級研究項目署能源處。能源部已受到指責(zé),因為它曾給一些公司做貸款擔(dān)保,后來,那些公司宣布破產(chǎn)。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

恩維亞公司的技術(shù)所依賴的研究,始于美國能源部阿貢國家實驗室(ArgonneNationalLab),這項研究發(fā)現(xiàn),有一種材料具有新的微觀結(jié)構(gòu),有助于提高電池電極的存儲容量。


通用汽車公司和電池制造商LG化學(xué)公司(LGChem),正在使用雪佛蘭福特(ChevroletVolt)的某些方面的技術(shù),也許會把阿貢國家實驗室的其他技術(shù)集成到電池中,用于下一代汽車。恩維亞公司改進了阿貢國家實驗室原有的技術(shù),獲得了更高的能量密度。


使用阿貢國家實驗室的材料作為起點,研究人員系統(tǒng)測試了材料設(shè)計的變化,以提高實際工作電壓(這是一種很有效的方法,可以提高能量密度),同時處理已知的材料問題:就是其中的成分錳(manganese)傾向于離開電極,溶解在電池電解液中,隨著時間的推移,這就會減少存儲容量。為了實現(xiàn)這些目標(biāo),研究人員把微量元素添加到材料中,而且開發(fā)出一些涂層,防止錳逃逸。


隨后,這家公司把注意力轉(zhuǎn)向相反的電極,這通常是用石墨(graphite)制成。研究人員決定使用硅,這就可以儲存更多的能量,但通常可進行的充電次數(shù)較少,因為它會膨脹和開裂。恩維亞公司解決了這些問題,他們使用多孔形態(tài)的硅,這就能更好地容忍擴張和收縮,他們也使硅混合各種形式的碳,包括碳纖維和石墨。碳意味著可以供應(yīng)一條途徑,讓電子穿過材料,彌合硅裂縫形成的空隙。研究人員也必須改進電解質(zhì),防止它溶解在高電壓狀態(tài)的電池中。


為了開發(fā)這種材料,恩維亞公司采取了不尋常的做法,測試新的電極材料是在完整的電池中進行,既有電極也有電解質(zhì)。一般而言,研究人員測試電極材料是要孤立進行,以確定那些潛在屬性,如很高的儲能容量。但是,有時候,一些材料本身看起來很好,但卻不兼容電解質(zhì)或其他電極。另一方面,有些材料自身看起來不是很優(yōu)異,但卻可能會很好地匹配適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)。所以,恩維亞公司分批測試了1500個電池單元,每個單元都具有不同組合的電極和電解質(zhì),以找到最佳組合。恩維亞公司制備這種電極和電解質(zhì)材料是手工進行。野貓發(fā)現(xiàn)技術(shù)公司(WildcatDiscoveryTechnologies)屬于《麻省理工科技創(chuàng)業(yè)》TR50最具創(chuàng)新性公司,它使用機器人系統(tǒng),加快類似的過程。

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電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

在測試硬幣大小的小型電池后,恩維亞公司制成了足夠大的電池,可用于電動汽車。每塊重一公斤,可存儲400瓦時。商用鋰離子電池每公斤約存儲120至250瓦時。


低能量電池往往有安全功能,這使它們很有吸引力,可用于汽車。恩維亞公司總裁兼首席技術(shù)官蘇吉特庫馬爾(SujeetKumar)說,公司的電池已通過釘穿刺測試,這是電池安全性的一個關(guān)鍵測試。


因為這種材料可以用傳統(tǒng)設(shè)備制作,所以,它們可能比較容易商業(yè)化。庫馬爾說,恩維亞公司不打算自己生產(chǎn)電池,但要把它的技術(shù)授權(quán)給電池制造商,或創(chuàng)辦合資公司。


但是,這些電池還沒有準(zhǔn)備好用于電動汽車。為了匹敵車輛的使用壽命,就要在充電1000多次后,仍可保持原有存儲容量的80%。公司仍在測試這些新電池,但是,它們在充電400次以后,就會下降到72%的容量,庫馬爾說道。要解決這個問題,可能要大幅度改進電極。這些電池也必須通過其他一些性能和安全測試,之后才允許在車輛中使用。



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