科学家们在美国研发了一种新型电动汽车电池，其创新设计不仅提升了性能，而且大大提高了安全性。
橡树岭国家实验室（ORNL）的研究团队近日开发了一种突破性的固态电池技术，这项技术能将电动汽车的能源密度提升一倍。
过去十年间，电动汽车（EV）单次充电后的行驶里程有了显著增长——从2010年的约80英里（129公里）增加到2021年的约220英里（354公里）。然而，由于目前电动汽车主要依赖液态电解质锂离子电池，其化学特性和重量限制了效率的进一步提升。《热图》杂志在2023年的报道中提到：“尽管锂离子电池组代表了现代电池技术的前沿……但其能量密度与汽油相比仍显不足。因此，为了实现数百英里的行驶里程，必须在车辆底部安装一大块沉重电池。”
一项于5月10日发表在《ASC能源快报》上的研究揭示了固态电池领域的新进展，有望彻底改变这一现状。
研究团队依靠将能量储存于仅有30微米厚的柔性且耐用的固态电极片中——大约相当于人类头发的宽度。科学家在一份声明中表示，如果这项技术得以发展，能够将现有电动汽车电池的最大能量密度提高一倍，达到每公斤500瓦时。
固态电池的挑战
事实上，固态电池并非全新概念。早在20世纪90年代，ORNL的研究人员就为固态电池的研发奠定了基础。多年来，它们一直以小型化的形式应用于起搏器、RFID标签（如商店使用的防盗标签）以及可穿戴设备等领域。
然而，当涉及到为电动汽车供能时，这些电池的耐用性和可扩展性就显得不足。此外，大多数现有固态电池采用的塑料聚合物导电性不及液态电解质，导致性能较差。
如今，科学家们通过使用一种聚合物制造出“坚固而有弹性”的薄膜，成功克服了这些问题，为固态电池提供了更高的能量密度。这种薄膜不仅超越了现有最佳固态电池的性能，甚至超过了液态锂离子电池技术。
薄片的设计允许正负极分隔，防止短路的同时，仍为离子运动提供了高效的通道。它还采用了硫化物固态电解质，其导电性与液态电解质相似，因此能够提供相当的性能水平。
“我们的目标是尽量减少聚合物粘合剂的使用，因为它不导电，”该研究的主要作者、ORNL的研发助理杨光（音译）在声明中表示。“粘合剂的作用仅仅是将电解质颗粒锁定在薄膜内。虽然增加粘合剂的用量可以提高膜的质量，但这会降低离子传导性；相反，减少粘合剂的用量虽能增强离子传导性，却会影响薄膜质量。”
更高性能、更安全的电动汽车电池
接下来，科学家们计划制造一种设备，以便在实际电池条件下对这一发现进行实验室测试。他们还将与学术界和工业界的研究者合作，开展更广泛的测试。
科学家们在声明中补充道，如果这项研究促成新一代电动汽车电池的生产，不仅能为电动汽车提供更远的续航里程，还能使其更加安全。
相较于易挥发的锂离子电池——尽管起火概率很低，但一旦发生火灾，毒性大且难以扑灭——根据英国消防工程师协会（IFE）的数据，在起火时会产生100多种有机化学物质，包括致命的一氧化碳和氰化氢。汽车制造商通常建议消防员让火自行燃烧而非尝试扑灭，部分原因是考虑到灭火过程中产生的径流水可能污染公共排水系统。
此外，即便锂离子电池的火看似已熄灭，它们也可能在“几小时、几天甚至几周后”重新点燃，并且可能会多次复燃。而ORNL开发的新技术由于其非挥发性质，意味着使用该技术的固态电池驱动的电动汽车不会有此类风险。