阿貢國家實驗室的應用研究進展讓人寄希望于固態(tài)電池將早日取代傳統(tǒng)的鋰離子電池。
為電子設(shè)備(大到電動汽車或小到手機)中的電池充電已成為一項日?；顒樱拖裱b載洗碗機一樣。主要為這些設(shè)備供電的鋰離子電池重量輕且生產(chǎn)成本低。然而，它們本質(zhì)上是易燃的，隨著電力和電網(wǎng)存儲需求的不斷增長，這引起了人們對其安全性和可靠性的擔憂。
美國能源部 (DOE) 阿貢國家實驗室的應用研究表明，用更好的技術(shù)取代鋰離子電池可能比預期更快。
鋰離子電池仍然需要液體或凝膠來讓電池充電和放電;這就是為什么舊電池有時會隨著年齡的增長而泄漏的原因。新一代更安全的電池不依賴于液體或凝膠。相反，這些固態(tài)電池使用非常薄的固體薄膜來保持電荷產(chǎn)生部分(陰極和陽極)分開，并使電池能夠充電和放電。
多年來，來自整個實驗室的化學家一直在固態(tài)電池背后的基礎(chǔ)科學中做出發(fā)現(xiàn)。然后，阿貢材料工程研究機構(gòu) (MERF) 的科學家們擴大了這些發(fā)現(xiàn)，并使它們更接近市場。
“固態(tài)電池可以儲存更多能量，更安全，占用更少空間，”阿貢應用材料部門的杰西卡·達勒姆說，他與材料科學家阿爾伯特·利普森合作生產(chǎn)創(chuàng)新的固體來替代電池中的液體材料。â <“與目前使用的制造工藝和技術(shù)相比，我們在 MERF 開發(fā)的制造工藝和技術(shù)具有特定的優(yōu)勢——更快的加工、無壓燒結(jié)、大規(guī)模均勻性和更高的密度。”
“固態(tài)電池可以儲存更多能量，更安全，占用更少空間。”– Jessica Durham，材料科學家
速度和一致性對電池制造的價值是顯而易見的，更高的密度可以提高電池的使用時間。改進燒結(jié)工藝是釋放所有這些優(yōu)勢的關(guān)鍵。
燒結(jié)可能是通往更好電池的橋梁
燒結(jié)涉及加熱粉末材料，直到它慢慢形成沒有任何孔洞或孔的固體材料。這個過程在固態(tài)電池中很重要，因為分隔陰極和陽極的薄材料必須足夠堅固和致密，以承受制造、組裝和操作過程中的處理。它還必須提供高性能;也就是說，電池必須允許快速充電，導電良好并持續(xù)很長時間。
通過改進燒結(jié)工藝，阿貢的科學家們還可以用鋰金屬替代當今常用的石墨材料。這種更換使電池的能量密度增加了一倍，這意味著相同尺寸的電池可以存儲兩倍的能量。
Argonne 將科學付諸實踐
以有意義的工業(yè)規(guī)模和更低的成本測試和改進制造這些固體電池材料的工藝和技術(shù)是 MERF 的專長。目前，沒有人生產(chǎn)出與傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有成本競爭力的固態(tài)電池。
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