實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)突破還有哪些瓶頸？這些你需要了解
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-23 11:56
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多年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)制造商一直在努力實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)方面的突破，以改善自家產(chǎn)品的續(xù)航和延長(zhǎng)電池使用壽命。比如特斯拉就為旗下車(chē)型提供了高達(dá)100kWh的電池選項(xiàng)，且即便是入門(mén)級(jí)的Model3，也配備了數(shù)以千計(jì)的鋰電池。不過(guò)近日，一家名叫Innolith的瑞士電池初創(chuàng)企業(yè)，卻宣稱他們已經(jīng)打造出了全球首批1000Wh/kg的新型高密度鋰離子可充電電池。
作為對(duì)比，特斯拉Model3采用了約為250Wh/kg的2170電池，且后續(xù)有望提升至330Wh/kg。此外，美國(guó)能源部正在資助的一個(gè)項(xiàng)目，也希望將能量提升到500Wh/kg。
鑒于新舊技術(shù)之間的差距如此之大，很多人對(duì)Innolith的說(shuō)法表示懷疑。如果該企業(yè)能夠拿出其新型高密度鋰電池的商用成品，則有望為電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)620英里（1000公里）的續(xù)航。
Innolith主席AlanGreenshields在接受TheVerge采訪時(shí)稱：“這是一項(xiàng)巨大的飛越，其1000Wh/kg的能量密度，約為當(dāng)前最先進(jìn)鋰電池的四倍”。
作為電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的領(lǐng)軍者，當(dāng)前特斯拉與松下聯(lián)合生產(chǎn)的電池，最昂貴的型號(hào)也僅能支撐330英里/530公里的續(xù)航。更別提其它的汽車(chē)制造商，還在努力實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的目標(biāo)。
除了鋰電，也有一些汽車(chē)制造商在寄希望于固態(tài)電池技術(shù)。比如HenrikFisker就表示，新技術(shù)有望帶來(lái)500英里/800公里的續(xù)航里程。
據(jù)悉，當(dāng)前大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)都采用了基于電解液（濕式）的鋰電池，但固態(tài)電池采用了固體的導(dǎo)電材料來(lái)制作。遺憾的是，其仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段，距離實(shí)際運(yùn)用還有很長(zhǎng)一段時(shí)間。
驚奇的是，Innolith的方案，仍基于傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，但有一個(gè)主要的區(qū)別——其采用了有機(jī)、且高度易燃的電解質(zhì)溶劑（類(lèi)似鹽的材料），替代更加穩(wěn)定、但不易燃的無(wú)機(jī)物。
即便如此，Innolith還是聲稱——你可以在電池變得‘不那么穩(wěn)定’之前，獲得更加矚目的巨大能量。這樣可以帶來(lái)兩方面的益處，首先是消除了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)（沒(méi)有什么可燃燒的），其次是擺脫了系統(tǒng)中反應(yīng)最為活躍的部件。
相信一直關(guān)注前沿材料科學(xué)的朋友還記得2017年哈佛大學(xué)在《Science》發(fā)文稱制備出“金屬氫”，轟動(dòng)全球，只是后來(lái)該“金屬氫”樣品莫名奇妙地消失了。
而近期，山東大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)于金屬氫的研究取得了重大突破，在全球范圍內(nèi)引起重大關(guān)注。
那么什么是“金屬氫”？它又為何受到如此巨大的關(guān)注呢？
據(jù)介紹，山東大學(xué)趙明文教授團(tuán)隊(duì)提出利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管中以相對(duì)“較低”的壓力制備與保護(hù)準(zhǔn)一維“金屬氫”，并由此發(fā)展出相應(yīng)的理論模型。
這項(xiàng)理論成果日前在NanoLetters上（一區(qū)TOP期刊，IF=12.712）《納米快報(bào)》發(fā)表。
自1935年Wigner和Huntington預(yù)言高壓下“金屬氫”的存在以來(lái)，“金屬氫”一直是人們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，被稱為高壓物理的“圣杯”。
“金屬氫”的一個(gè)重要性質(zhì)是它的超導(dǎo)特性。理論計(jì)算表明：在450GPa下（1GPa=1萬(wàn)倍大氣壓），“金屬氫”具有接近室溫的超導(dǎo)特性（TC～242K）。但是，如此高的壓力對(duì)于實(shí)驗(yàn)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，令實(shí)驗(yàn)論證步履維艱。
2017年，哈佛大學(xué)的課題組在實(shí)驗(yàn)室里成功制造出495GPa的超高壓力，首次報(bào)道了真正意義上的“金屬氫”轟動(dòng)全球，可惜后來(lái)該“金屬氫”的樣品莫名奇妙地消失了。
因此，如何在相對(duì)“較低”的壓力下獲得“金屬氫”，成為目前的一個(gè)重要研究方向。
圖1哈佛報(bào)道的金剛石高壓砧正在壓縮分子態(tài)氫氣的示意圖。在更高的壓力下，分子態(tài)氫會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)氫，如右側(cè)小圖所示。
最近，山東大學(xué)夏曰源教授、趙明文教授與合作者，提出了一種制備“金屬氫”的新方法：利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管內(nèi)形成超高密度的準(zhǔn)一維“金屬氫”。
作為對(duì)比，特斯拉Model3采用了約為250Wh/kg的2170電池，且后續(xù)有望提升至330Wh/kg。此外，美國(guó)能源部正在資助的一個(gè)項(xiàng)目，也希望將能量提升到500Wh/kg。
鑒于新舊技術(shù)之間的差距如此之大，很多人對(duì)Innolith的說(shuō)法表示懷疑。如果該企業(yè)能夠拿出其新型高密度鋰電池的商用成品，則有望為電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)620英里（1000公里）的續(xù)航。
Innolith主席AlanGreenshields在接受TheVerge采訪時(shí)稱：“這是一項(xiàng)巨大的飛越，其1000Wh/kg的能量密度，約為當(dāng)前最先進(jìn)鋰電池的四倍”。
作為電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的領(lǐng)軍者，當(dāng)前特斯拉與松下聯(lián)合生產(chǎn)的電池，最昂貴的型號(hào)也僅能支撐330英里/530公里的續(xù)航。更別提其它的汽車(chē)制造商，還在努力實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的目標(biāo)。
除了鋰電，也有一些汽車(chē)制造商在寄希望于固態(tài)電池技術(shù)。比如HenrikFisker就表示，新技術(shù)有望帶來(lái)500英里/800公里的續(xù)航里程。
據(jù)悉，當(dāng)前大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)都采用了基于電解液（濕式）的鋰電池，但固態(tài)電池采用了固體的導(dǎo)電材料來(lái)制作。遺憾的是，其仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段，距離實(shí)際運(yùn)用還有很長(zhǎng)一段時(shí)間。
驚奇的是，Innolith的方案，仍基于傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，但有一個(gè)主要的區(qū)別——其采用了有機(jī)、且高度易燃的電解質(zhì)溶劑（類(lèi)似鹽的材料），替代更加穩(wěn)定、但不易燃的無(wú)機(jī)物。
即便如此，Innolith還是聲稱——你可以在電池變得‘不那么穩(wěn)定’之前，獲得更加矚目的巨大能量。這樣可以帶來(lái)兩方面的益處，首先是消除了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)（沒(méi)有什么可燃燒的），其次是擺脫了系統(tǒng)中反應(yīng)最為活躍的部件。
相信一直關(guān)注前沿材料科學(xué)的朋友還記得2017年哈佛大學(xué)在《Science》發(fā)文稱制備出“金屬氫”，轟動(dòng)全球，只是后來(lái)該“金屬氫”樣品莫名奇妙地消失了。
而近期，山東大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)于金屬氫的研究取得了重大突破，在全球范圍內(nèi)引起重大關(guān)注。
那么什么是“金屬氫”？它又為何受到如此巨大的關(guān)注呢？
據(jù)介紹，山東大學(xué)趙明文教授團(tuán)隊(duì)提出利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管中以相對(duì)“較低”的壓力制備與保護(hù)準(zhǔn)一維“金屬氫”，并由此發(fā)展出相應(yīng)的理論模型。
這項(xiàng)理論成果日前在NanoLetters上（一區(qū)TOP期刊，IF=12.712）《納米快報(bào)》發(fā)表。
自1935年Wigner和Huntington預(yù)言高壓下“金屬氫”的存在以來(lái)，“金屬氫”一直是人們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，被稱為高壓物理的“圣杯”。
“金屬氫”的一個(gè)重要性質(zhì)是它的超導(dǎo)特性。理論計(jì)算表明：在450GPa下（1GPa=1萬(wàn)倍大氣壓），“金屬氫”具有接近室溫的超導(dǎo)特性（TC～242K）。但是，如此高的壓力對(duì)于實(shí)驗(yàn)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，令實(shí)驗(yàn)論證步履維艱。
2017年，哈佛大學(xué)的課題組在實(shí)驗(yàn)室里成功制造出495GPa的超高壓力，首次報(bào)道了真正意義上的“金屬氫”轟動(dòng)全球，可惜后來(lái)該“金屬氫”的樣品莫名奇妙地消失了。
因此，如何在相對(duì)“較低”的壓力下獲得“金屬氫”，成為目前的一個(gè)重要研究方向。
圖1哈佛報(bào)道的金剛石高壓砧正在壓縮分子態(tài)氫氣的示意圖。在更高的壓力下，分子態(tài)氫會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)氫，如右側(cè)小圖所示。
最近，山東大學(xué)夏曰源教授、趙明文教授與合作者，提出了一種制備“金屬氫”的新方法：利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管內(nèi)形成超高密度的準(zhǔn)一維“金屬氫”。
