電池行業(yè)已經(jīng)多年沒有長足進(jìn)步了。智能手機(jī)技術(shù)日新月異，電動(dòng)汽車越來越流行，但受制于鋰電池有限的容量，手機(jī)的續(xù)航和電動(dòng)汽車的里程仍然是擺在人們面前的尷尬問題。行業(yè)在等待一項(xiàng)全新的技術(shù)解救他們。

　　你可能想到了石墨烯，或者氫燃料電池？并非如此，就目前來看，另一種名為全固態(tài)電池 (all-solid-state battery) 的技術(shù)會(huì)更快地解救電池工業(yè)。得克薩斯大學(xué)奧斯丁分校的科克雷爾工程學(xué)院今天宣布，該校的研究團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)電芯技術(shù)上取得了重要的突破：他們發(fā)明了一種低成本、非燃燒，在能量密度、充放效率等指標(biāo)上十分卓越的全固態(tài)電池。據(jù)該校稱，在實(shí)驗(yàn)室測試中新電池的能量密度達(dá)到了現(xiàn)有鋰離子電池的三倍之多！

　　這次，鋰離子電池的共同發(fā)明者，已經(jīng) 94 歲高齡的約翰·古德諾夫 (John Goodenough) 老先生再度出山，為電池行業(yè)貢獻(xiàn)了重大突破，這個(gè)團(tuán)隊(duì)由他和同事瑪利亞·布拉加共同領(lǐng)導(dǎo)。古德諾夫教授 1979 年發(fā)現(xiàn)將鈷酸鋰用作電極，可以顯著提升鋰電池的能量密度，他的諸多發(fā)現(xiàn)成為了后來鋰電池工業(yè)的奠基。他于 1986 年加入得克薩斯大學(xué)奧斯丁分校，任教和進(jìn)行科研至今。

　　目前，絕大多數(shù)的電池都屬于液態(tài)電池（電解液）。但液態(tài)電池使用起來仍有缺陷，比如出現(xiàn)漲包現(xiàn)象、多次充放后電量降低等現(xiàn)象，而且若不嚴(yán)格按照額定電壓電流充電的話，電解液會(huì)發(fā)生“金屬晶須”(metal-whiskers) 現(xiàn)象，導(dǎo)致電池短路甚至起火爆炸。

　　而固態(tài)電池顧名思義，采用的是固態(tài)電解質(zhì)。古德諾夫團(tuán)隊(duì)的核心科技是一種采用堿金屬（主要是納和鋰）制成的玻璃狀固態(tài)電解質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)室中，新電池能在 1200 個(gè)充放循環(huán)之后只出現(xiàn)極小的損耗，環(huán)境容忍度也很好，能夠在 60℃ 到零下 20℃ 的溫度下工作——如果用到手機(jī)上，iPhone 大概再也不會(huì)在冬天自動(dòng)關(guān)機(jī)了吧？

　　但目前來看，新電芯最先應(yīng)用的場景應(yīng)該還是電動(dòng)汽車和工業(yè)級儲(chǔ)能設(shè)備。“想要普及電動(dòng)汽車，電池的成本、安全、能量密度、充放效率和循環(huán)壽命十分重要。我們相信，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)將解決很多當(dāng)前電池?zé)o法解決的問題。”古德諾夫說。

　　該校授權(quán)部技術(shù)商業(yè)化項(xiàng)目主任萊斯·尼克爾斯 (Les Nichols) 對 PingWest品玩表示，新電芯完全由校內(nèi)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，已在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)了可行性，并且準(zhǔn)備好投入到原型產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中。

　　其實(shí)，固態(tài)電池技術(shù)早已誕生，但在過去因?yàn)榇笈可a(chǎn)的成本太高，一直被行業(yè)所擱置。同樣，古德諾夫的新突破還未達(dá)到實(shí)際投產(chǎn)的程度，剩下的難題則需要該校和工業(yè)界共同攻克。好消息是，該校已經(jīng)在申請專利，并計(jì)劃將技術(shù)授權(quán)給電池生產(chǎn)商。尼克爾斯估計(jì)在 18-24 個(gè)月之內(nèi)，人們就能用上新的全固態(tài)電池。最先問市的產(chǎn)品形態(tài)可能是紐扣電池，不久后則會(huì)有更多的形態(tài)。

　　在消費(fèi)電子業(yè)界，2015 年，蘋果申請了自己的全固態(tài)電池專利；在汽車和動(dòng)力方面，豐田、大眾和博世都在研究全固態(tài)電池?？磥碓谌剂想姵爻叽缱兊米銐蛐。╇姵卣娴膯柺兄?，全固態(tài)應(yīng)該是電池工業(yè)的唯一希望了。

據(jù)中國寧波網(wǎng)報(bào)道，經(jīng)過五年努力，由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所牽頭承擔(dān)的納米先導(dǎo)專項(xiàng)“全固態(tài)電池”課題日前通過驗(yàn)收。據(jù)介紹，這一技術(shù)突破將進(jìn)一步推動(dòng)國內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)模應(yīng)用，有望讓新能源汽車?yán)m(xù)航更久，更安全。

據(jù)了解，納米先導(dǎo)專項(xiàng)“全固態(tài)電池”課題，由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所牽頭承擔(dān)，參與單位包括中國科學(xué)院物理研究所和中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所。

團(tuán)隊(duì)主要開發(fā)了一系列高性能固態(tài)電解質(zhì)材料、基于原位固態(tài)化的混合固液電解質(zhì)電芯以及全固態(tài)鋰電池單體，突破了從材料研發(fā)到電池集成的相關(guān)技術(shù)。

此前，固態(tài)電池在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨一些現(xiàn)實(shí)困難，比如，金屬鋰與固體電解質(zhì)的兼容性較差，影響金屬鋰負(fù)極材料性能發(fā)揮。眼下，這一科技成果已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，邁入了“產(chǎn)業(yè)門”。

自帶防過充功能

新的固體鋰電池還自帶防過充電功能，因?yàn)殡姵刂械幕瘜W(xué)反應(yīng)會(huì)通過負(fù)反饋?zhàn)晕艺{(diào)節(jié)，當(dāng)電充滿時(shí)，反應(yīng)自動(dòng)停止。傳統(tǒng)電池若過充電，將對電池造成不可逆地?fù)p害，甚至爆炸。但是固體鋰電池在實(shí)驗(yàn)中連續(xù)充電15天，充電電量百倍于電池容量，但是電池毫發(fā)無損。

在充放電實(shí)驗(yàn)中，固體鋰電池充放電120次，容量只損失2%，這意味著遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鋰-空氣電池的壽命。由于固體鋰電池?zé)o需輔助的空氣凈化系統(tǒng)，因此它能便捷地應(yīng)用于電動(dòng)汽車，甚至是電網(wǎng)級儲(chǔ)能站。

由于固態(tài)氧陰極比鋰離子電池的陰極輕得多，因此新的固體鋰電池可以比同等重量的鋰離子電池儲(chǔ)存多一倍的電量。隨著技術(shù)的改進(jìn)，新電池的電量還能再提高一倍。

新電池的更大優(yōu)勢在于它無需使用昂貴的稀有材料。該電池的碳酸鹽電解質(zhì)非常便宜。此外，二氧化鈷玻璃比納米鋰顆粒輕50%。因此，與鋰-空氣電池比較，新電池非常便宜，安全，且有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃1年內(nèi)完成實(shí)用原型的制造。

未參加該項(xiàng)目的俄勒岡州立大學(xué)副教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示，新型鋰電池技術(shù)的性能相比于傳統(tǒng)的鋰-空氣電池有重大進(jìn)步。超氧化物溶質(zhì)在碳酸鹽電介質(zhì)中工作得很好，完全無需氧氣的介入。在充放電過程中，陰極材料都是固體，因此新電池的安裝和使用很方便。