固态电池或将问世，能量密度超普通锂电池2倍
美国密歇根州的电池创业公司 Sakti3声称，他们所生产的固态电池，其能量密度是现今市场上最好的锂电池的两倍以上。
Sakti3公司利用薄膜沉积法来生产这种固态电池，该技术也用于平板显示器和光伏太阳能电池的生产 图片来源：Sakti3 在电动车行业中，“最神圣”的数字就是300英里和100美元。300英里指的是，汽车单次充电后可以行驶的路程，美国人非常看重这一点；100美元指的是，电动汽车的电池每千瓦时的成本，只有这样，电动汽车的价格才有可能与燃油汽车竞争。 Sakti3公司称，他们很快就能将这两个数字变成现实。近几年，这家新兴公司时常成为业内人士议论的主题。对外界而言，该公司总是半遮半掩，他们会面对媒体，却对自己的技术只有只言片语。最近，Sakti3公司的联合创始人兼CEOAnn Marie Sastry说，他们公司的原型固态锂电池的能量密度达到了创纪录的1 143瓦时/升，是目前最好的锂电池的两倍多。 Sakti3公司的固态电池采用薄膜沉积技术进行生产，这一技术也常用于平板显示器和光伏太阳能电池的生产。电池内部没有液体电解质，取而代之的是一种“夹层”装置，这种“夹层”既能充当隔离器，阻止正负电极的接触反应；又能充当电解质，保证电离子间的的正常传输。Sastry说，公司打算几年后让该技术实现商业化。按计划，这种电池的首项应用将在消费电子产品领域。如果一切顺利，消费电子之后就是电动车电池。如果Sakti3公司的电池确实如上所说，那么续航里程达300英里、价格为2.5万美元的电动车就会问世。 关于这种电池，大部分技术细节尚不为人所知；Sakti3公司宣称的能量密度也未得到过独立机构的证实；要把一个小小的原型电池转变为可在现实中使用的汽车电池，还有太多的风险和不确定性。最后，长期以来，电池业一直有着一个“光荣的传统”：说得好听，却往往难以实现。 不过，对于这种新型电池的价值，Sastry似乎很清楚：“我们制造过数个这类电池的样品，也试用过几次，试用结果让我们充满信心。” 尽管保密工作做得很好，但Sakti3也做不到完全隐身。在过去六七年中，如果你和雪佛兰公司（通用汽车旗下公司）的人打过交道，你多半会听说Sastry和Sakti3公司。故事版本通常是这样的：Sakti3公司正在开发一种可以超越锂离子电池的全新的固态电池技术——但有关这项技术的所有细节，目前还不能告诉你。 目前为止，Sakti3公司已经得到了数百万美元的资金，提供资金的机构包括科斯拉风险投资公司和通用汽车风险投资公司，这两家投资公司是汽车行业重要的技术投资力量。Jon Lauckner是通用汽车前CEO，曾是雪佛兰公司的战略制定者，他目前领导着通用汽车风险投资公司，并且是Sakti3公司的董事会成员。 Sakti3公司脱胎于美国密歇根大学工程学系。2006年，Sastry和同事开始做一些复杂的数学优化方案，希望弄清楚，对于电动汽车的电池，在能量、电力、质量、容量、成本、安全性能等诸多重要因素中，哪些因素可以在一定程度上做一些让步。他们的计算结果表明，传统锂电池中的液体电解质，以及为了容纳电解质相关的包装都可以舍弃。 原因很简单：与汽油不同，锂电池中的电解液会发生二级化学反应，从而使电池电力减弱，甚至使电池溶解或者起火。此外，由于电解液的微妙性质，用在汽车上的锂电池通常需要包裹冷却管、电子控件等，这无疑提高了成本，额外增加了汽车重量。 尽管不少公司也尝试过用固态物质作为电解质，但大都失败了，加拿大Avestor公司就是一个著名的例子，该公司已在2006年正式申请破产。此前，Avestor公司曾将固态锂电池出售给美国电话电报公司，安装在 U-Verse有线电视盒内，但在北美地区，不少电视盒因此发生了燃爆情况。 Avestor公司使用一种高分子聚合物分离器，代替了电池中的液体电解质。由于商业机密，Sakti3采用了何种电解质材料，我们无从得知，而电池正极的构成，仍然还是一个秘密。据Sastry说，正极材料并不是什么特殊材料，“是一种研究得很清楚的电化学物质”。我们只知道，和其他最具市场潜力的下一代锂电池的化学原理一样，Sakti3公司的固态锂电池也有金属锂离子正极或者负极。 多数电池生产商都采用层压法生产电池，而Sakti3公司使用的却是截然不同的真空沉积法。在层压法锂电池生产过程中，工厂就像是由印刷厂和面包店组成的混合工厂，工厂首先会将粉末状的化学物质倒入巨大的混合器中，调和成“浆”状物质。然后，工人们会把这些浆状物覆盖到金属薄片上，这些薄片会被制作成电极，最后与电解质和其他物质组合在一起。 而在真空沉积法中，则是按照顺序，一层一层地沉积而成——首先是阴极，接着是集电器、夹层、阳极……将整个操作过程都在真空环境下进行。 Sastry说到，尽管在真空环境下操作成本也不算低，但是成本效益却不错。“首先，固态锂电池不需经过‘熟化’过程，一生产出来就可以使用，而现有技术生成的电池，这个过程需要30到60天才能投入使用。“此外，固态电池的的产量也很高”，Sastry说。早期，就是因为受制于生产效率，固态电池发展缓慢。“我们刚开始做固态电池时，发现很多文献里都提到了这类电池，但在生产时，相关机构或人员都使用效率低下的生产平台，导致成本总是很高。我们使用了数字模拟技术，一开始就在寻找成本低廉的生产工具，”Sakti3公司正在使用的定制化原型生产线，就是其中一个例子。 时间越久，Sakti3 公司就越能盈利。太阳能电池板、平板显示器和其他的固态电子产品生产采用的一些技术，Sakti3也大量地加以利用和研究。“因为这些技术先进，节约成本，并且，与我们的需求也非常吻合，”Sastry说到，“我们将从中受益”。 她说，这些因素保证了Sakti3公司最终能实现每千瓦时100美元的目标。 当然，还要考虑很多其他的因素，比如电池的寿命是多长？电池在报废前，总共能充放电多少次？Sastry说，新型电池的化学反应比传统锂电池简单，因此，它的寿命应该会更长。“我们也希望它有很长的生命周期”。那安全性能怎么样呢？“固态电池去除了电池中最具危险性的部分，”她继续说，“你可以将电池劈成两半，也可以让电池处于高温环境，但电池仍能继续工作。” 密歇根大学工程学教授魏璐是少数知道这项工作详情的专家之一。尽管他和Sakti3公司没有直接联系，也没有经济利益牵涉，他对此仍然感到非常地震惊。“他们拥有非常严密的测试仪器，测试结果也是高度精确，令人印象深刻，”他说。
原文链接： http://www.scientificamerican.com/article/secretive-company-claims-battery-breakthrough/?WT.mc_id=SA_SP_20140825 |
