你知道研發(fā)下一代固態(tài)電池的研究設(shè)施有多重要嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-06 10:20
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據(jù)外媒報(bào)道，大眾同瑞典電池制造初創(chuàng)企業(yè)Northvolt結(jié)成合作伙伴，雙方將致力于打造一個(gè)全新的財(cái)團(tuán)組織，以推進(jìn)歐洲電動(dòng)汽車電池的研發(fā)。Northvolt是一家由前特斯拉公司高管創(chuàng)立的電池制造商。
值得一提的是，Northvolt此前就已經(jīng)同大眾集團(tuán)存在交集。大眾通過旗下的卡車業(yè)務(wù)部門斯堪尼亞（Scania）向Northvolt進(jìn)行過投資。
不過如今Northvolt同大眾集團(tuán)直接結(jié)成合作伙伴，雙方將打造一個(gè)全新的“歐洲電池聯(lián)盟財(cái)團(tuán)”。
雙方對(duì)本次合作表示，“來(lái)自七個(gè)歐盟成員國(guó)研究和工業(yè)領(lǐng)域的合作伙伴將在歐洲電池聯(lián)盟中開展合作。綜合且全面的研究合作將覆蓋從原材料生產(chǎn)到電池單元技術(shù)和生產(chǎn)流程的各個(gè)領(lǐng)域并形成一個(gè)可循環(huán)的閉環(huán)。我們的研究活動(dòng)還將聚焦于在歐盟范圍內(nèi)投產(chǎn)可持續(xù)、對(duì)環(huán)境友好以及具備相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的電池單元工廠的開發(fā)和工程工作。”
大眾集團(tuán)強(qiáng)調(diào)稱，他們對(duì)于歐洲電池聯(lián)盟項(xiàng)目的投資“或?qū)⒌玫降聡?guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部所提供的資助”。
德國(guó)政府此前已經(jīng)安排10億歐元（約合11.4億美元）用于支持從事電池單元生產(chǎn)的財(cái)團(tuán)。另外，德國(guó)政府還計(jì)劃對(duì)研發(fā)下一代固態(tài)電池的研究設(shè)施予以資助。
德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部所本月早些時(shí)候透露，已經(jīng)有超過30家企業(yè)向政府的資助計(jì)劃申請(qǐng)資金以用于電池單元的研發(fā)和生產(chǎn)。
Northvolt目前正在瑞典國(guó)內(nèi)建設(shè)一家生產(chǎn)電池單元的超級(jí)工廠。
該工廠預(yù)計(jì)投產(chǎn)之初每年產(chǎn)能僅有125MWh，之后Northvolt有意將工廠規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。
Northvolt的主工廠預(yù)計(jì)在2020年內(nèi)投產(chǎn)，年產(chǎn)能目標(biāo)設(shè)定為8GWh，而一旦整個(gè)廠區(qū)都投產(chǎn)之后（預(yù)計(jì)在2023年內(nèi)）其年產(chǎn)能或可達(dá)到32GWh。
Northvolt打算為汽車行業(yè)中的車輛電動(dòng)化進(jìn)程提供服務(wù)，除此之外希望涉足能源儲(chǔ)備應(yīng)用領(lǐng)域。
在敲定由InnovFin提供的6800萬(wàn)美元貸款之后，Northvolt啟動(dòng)了超級(jí)工廠的建設(shè)計(jì)劃。InnovFin是歐盟創(chuàng)新者金融資助項(xiàng)目旗下的能源示范計(jì)劃。
值得一提的是，Northvolt還宣布了在歐洲建設(shè)電池模塊新工廠的計(jì)劃。
硅陽(yáng)極可以改善鋰離子電池通過添加MXene解決破解問題可能是提高電池容量和性能的一種方法。電池電存儲(chǔ)是未來(lái)個(gè)人電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車(EV)和更高效電網(wǎng)的關(guān)鍵。但是現(xiàn)在的商用鋰離子電池不能足夠快地提供足夠的能量。因此，我們正在尋找可以增強(qiáng)或替代目前使用的構(gòu)成鋰離子電池的陰極，陽(yáng)極和電解質(zhì)的新材料。
一個(gè)特別感興趣的領(lǐng)域是用硅代替石墨碳負(fù)電極(陽(yáng)極)。當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子在稱為嵌入的過程中在石墨陽(yáng)極中的碳原子層之間移動(dòng)。今天的電池使用的是一種特殊類型的層狀石墨，它的鋰吸收量有限，但也只能通過中國(guó)人來(lái)源獲得。硅可能提供另一種選擇。Amphenol正弦系統(tǒng)ATV Series™重載連接器具有18位腔體布置，耐用的熱塑性外殼，法蘭安裝或直列式功能，用于配合的集成閂鎖和一體式界面密封。
“硅陽(yáng)極預(yù)計(jì)會(huì)取代鋰離子電池中的石墨陽(yáng)極，對(duì)儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生巨大影響，”Drexel工程學(xué)院的杰瑞大學(xué)博士，巴格教授，AJ Drexel納米材料研究所所長(zhǎng)Yury Gogotsi博士說(shuō)。在材料科學(xué)與工程系。該研究在Drexel新聞稿中有所描述。
硅作為陽(yáng)極的問題在于，當(dāng)鋰離子嵌入時(shí)它會(huì)改變體積，膨脹到足以在幾次充電循環(huán)后產(chǎn)生裂縫。Drexel新聞稿指出，“用硅代替石墨作為鋰離子陽(yáng)極中的主要材料將提高其吸收離子的能力，因?yàn)槊總€(gè)硅原子可以接受多達(dá)四個(gè)鋰離子，而在石墨陽(yáng)極中，六個(gè)碳原子需要只用一個(gè)鋰。但隨著它的收費(fèi)，硅也會(huì)膨脹 - 高達(dá)300% - 這可能導(dǎo)致它破裂，電池出現(xiàn)故障。
該問題的通常解決方案涉及添加碳和聚合物粘合劑，其產(chǎn)生包含硅的框架。根據(jù)Gogotsi的說(shuō)法，這樣做的過程“很復(fù)雜，碳對(duì)電池的存儲(chǔ)充電很少。”
相反，Drexel方法將硅粉混合到MXene溶液中以形成混合硅-XXene陽(yáng)極。根據(jù)新聞稿，“MXene納米片隨機(jī)分布，在纏繞硅顆粒的同時(shí)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)作為導(dǎo)電添加劑和粘合劑。它是MXene框架，它也會(huì)在離子到達(dá)時(shí)對(duì)其施加順序，并防止陽(yáng)極膨脹。“
MXenes于2011年在Drexel首次發(fā)現(xiàn)。它們是通過化學(xué)蝕刻分層陶瓷材料制成的，稱為MAX相。去除一組化學(xué)相關(guān)的層留下一堆二維薄片。迄今為止已生產(chǎn)了30多種MXenes，每種MXenes的性質(zhì)略有不同。選擇其中兩個(gè)來(lái)制造本研究中測(cè)試的硅-MXene陽(yáng)極：碳化鈦和碳氮化鈦。該小組還測(cè)試了由石墨烯包裹的硅納米顆粒制成的電池陽(yáng)極。
“MXenes是幫助硅在電池中發(fā)揮其潛力的關(guān)鍵，”Gogotsi說(shuō)。“因?yàn)镸Xenes是二維材料，陽(yáng)極中的離子有更多的空間，它們可以更快地移動(dòng)到其中 - 從而提高了電極的容量和導(dǎo)電性。它們還具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，因此硅-XMene陽(yáng)極也非常耐用，厚度可達(dá)450微米。“
在新聞發(fā)布會(huì)上，研究人員指出，“所有三種陽(yáng)極樣品都顯示出比鋰離子電池中使用的現(xiàn)有石墨或硅碳陽(yáng)極更高的鋰離子容量和更高的導(dǎo)電性 - 比傳統(tǒng)硅高100至1,000倍。當(dāng)添加MXene時(shí)，陽(yáng)極。“
他們寫道：“MXene納米片的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)不僅提供了足夠的導(dǎo)電性和自由空間，以適應(yīng)體積變化，而且還能很好地解決Si的機(jī)械不穩(wěn)定性。”“因此，這里展示的粘性MXene油墨和高容量Si的結(jié)合提供了一種強(qiáng)大的技術(shù)，可以構(gòu)建具有卓越性能的先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)。”
