新材料制作的固態(tài)電池有何亮點(diǎn)？看研究人員怎樣施加“魔法”！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-22 22:44
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馬里蘭大學(xué)的研究人員研究出了一種新型固態(tài)電池材料，不過(guò)在車云菌揭曉之前，請(qǐng)你先自行想象一塊經(jīng)典奧利奧。
傳統(tǒng)固態(tài)電池兩頭各有一層電極材料，就像松松脆脆的餅干。夾在餅干間幼滑的奶油層，就是電池電解質(zhì)。如果你把兩頭餅干連接，電子便可以在奶油層開(kāi)始跑動(dòng)，整塊電池就進(jìn)入了充放電狀態(tài)。
馬里蘭大學(xué)研究出的這種新材料可用于制造固態(tài)電池，特點(diǎn)是兼具電極和電解質(zhì)屬性。換句話說(shuō)，單靠一種類似餅干奶油的混合體，就能造出一塊電池，并且承擔(dān)輸出和儲(chǔ)存電量的整個(gè)過(guò)程。
這個(gè)新材料糅合了包括硫磺、鍺、磷以及鋰在內(nèi)的多種單質(zhì)與化合物。在混合體的兩頭，研究人員只是稍稍施加“魔法”——加入碳，于是末端就神奇地轉(zhuǎn)換為電極角色。而碳僅僅是幫助驅(qū)使電子流動(dòng)的催化劑，好比在餅干奶油混合物兩頭加了點(diǎn)兒糖。
這種電池技術(shù)的革新之處在于，它解決了電極和電解質(zhì)界面間反應(yīng)時(shí)，逐漸產(chǎn)生的電阻問(wèn)題。傳統(tǒng)固態(tài)電池在充放電時(shí)，兩者間的長(zhǎng)時(shí)間交互作用會(huì)產(chǎn)生一層無(wú)用材料。這塊無(wú)用材料就好比一堵墻，增加了固體電解質(zhì)表面的電阻，時(shí)間久了電池?zé)崃繒?huì)隨之攀升，壽命也會(huì)大幅縮短。新電池因?yàn)槿际且环N材料，所以電流通過(guò)時(shí)不存在過(guò)多阻力，電池的充放電過(guò)程將會(huì)非常平順。
此外雖然沒(méi)有電池能量密度的具體信息，但是一位項(xiàng)目工作人員透露了幾個(gè)數(shù)字。他表示，新技術(shù)生產(chǎn)的電池厚度為600微米，大約是1分硬幣厚度的二分之一。但是與相同厚度的傳統(tǒng)固態(tài)電池比較，新電池中的薄膜比傳統(tǒng)固態(tài)電池中的薄膜厚了約40倍。
這就意味著相同體積的電池產(chǎn)品，可以儲(chǔ)存的電能將會(huì)更多。如果應(yīng)用到電動(dòng)車案例中，單塊電池可以保證同等續(xù)航的水平上，帶來(lái)更寬敞的空間設(shè)計(jì)。另外這種電池在制作程序上，可以采用混合物粉末壓縮進(jìn)塑料和鐵桶封裝的模式，并不復(fù)雜。這一特點(diǎn)便于制造不同形態(tài)的電池產(chǎn)品，在多個(gè)電池的組合方案上，設(shè)計(jì)者可以在車身角落靈活安置這些電池。
目前這款電池仍然在概念驗(yàn)證階段，相關(guān)信息并不豐富。項(xiàng)目研究人員仍在不斷測(cè)試電池充放電的次數(shù)，看它是否可以量產(chǎn)。另外還有幾處可以優(yōu)化，硫化物為基礎(chǔ)的混合物并不是那么環(huán)保的材料，所以下一步研究者將會(huì)嘗試用氧化物來(lái)代替，這樣降解過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生含硫氣體。
當(dāng)然，電池產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性等一系列參數(shù)，會(huì)成為實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的硬性指標(biāo)。而平衡材料成本和能量密度，則是從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)的敲門(mén)磚。
集成電路和人工智能是上海著力發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾咴诮裉扉_(kāi)幕的第七屆中國(guó)（上海）國(guó)際技術(shù)進(jìn)出口交易會(huì)上，看到了一批這兩大產(chǎn)業(yè)的科技成果。在政府部門(mén)支持下，上海企業(yè)重視研發(fā)和自主創(chuàng)新，并在上交會(huì)這個(gè)平臺(tái)上推介技術(shù)和產(chǎn)品，尋求更大的市場(chǎng)。
“科創(chuàng)—張江”展區(qū)集中展示了70余家企業(yè)的百余個(gè)先進(jìn)成果，今明兩天將舉辦4場(chǎng)以“科技創(chuàng)新&活力張江”為主題的發(fā)布會(huì)，展示張江高新區(qū)的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)以及國(guó)內(nèi)外具有較大影響力的創(chuàng)業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)。
中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海聯(lián)合投資有限公司共同成立的上海新微科技集團(tuán)，是張江參展企業(yè)中的佼佼者。集團(tuán)下屬新昇半導(dǎo)體自主研制的12英寸大硅片，打破了國(guó)外壟斷，成為目前國(guó)內(nèi)唯一一家已投入量產(chǎn)、技術(shù)先進(jìn)的12英寸大硅片生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)介紹，這種硅片是國(guó)際上主流的芯片原材料，國(guó)內(nèi)集成電路企業(yè)曾100%依賴進(jìn)口，面臨較大的原材料漲價(jià)和斷貨風(fēng)險(xiǎn)。而今，新昇半導(dǎo)體已突破一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，將我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈缺失的一環(huán)補(bǔ)上。
隨著人工智能產(chǎn)業(yè)的興起，類腦芯片和片上智能系統(tǒng)成為國(guó)際關(guān)注的一個(gè)前沿領(lǐng)域。西井科技在上交會(huì)展示的DeepWell芯片，由這家上海民營(yíng)企業(yè)自主研發(fā)。他們利用類腦仿生技術(shù)，融合深度學(xué)習(xí)算法，在芯片上實(shí)現(xiàn)了“片上訓(xùn)練”和“片上識(shí)別”。也就是說(shuō)，這款芯片在不聯(lián)網(wǎng)情況下，接受小樣本訓(xùn)練后能達(dá)到較高的圖案、數(shù)字等識(shí)別率，并可隨時(shí)接受增量樣本訓(xùn)練，以滿足用戶的個(gè)性化需求。
西井科技首席運(yùn)營(yíng)官章嶸介紹，采用這款人工智能芯片的智慧港口解決方案，已用于國(guó)內(nèi)外有20多個(gè)碼頭。這套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集裝箱箱號(hào)、狀態(tài)等數(shù)據(jù)的毫秒級(jí)識(shí)別，遠(yuǎn)超越碼頭工人肉眼的識(shí)別速度；準(zhǔn)確率也比人高，接近100%。
全時(shí)無(wú)人駕駛新能源電動(dòng)重卡Q-Truck的模型，也在西井科技展臺(tái)亮相。這款重卡正在工程量產(chǎn)開(kāi)發(fā)階段，預(yù)期今年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。從外觀上看，Q-Truck體現(xiàn)了前衛(wèi)的無(wú)駕駛室整車設(shè)計(jì)理念，車頭來(lái)自樂(lè)高積木靈感的模塊化設(shè)計(jì)，LED高流明度車燈采用飛翼一體式設(shè)計(jì)。
作為一輛純電動(dòng)重卡，Q-Truck在滿載80噸的情況下可以達(dá)到150公里時(shí)速。副電池可通過(guò)簡(jiǎn)易換電流程，實(shí)現(xiàn)3分鐘換電，達(dá)到30公里以上續(xù)航里程。利用視覺(jué)人工智能技術(shù)，它能夠在碼頭進(jìn)行無(wú)人駕駛，無(wú)需磁釘?shù)容o助設(shè)備，有望成為智慧港口的一類重要裝備。
