近日,「鋰電池之父」、「2019年諾貝爾化學獎」得主古迪納夫領導的團隊提交了一項以玻璃為主要成分的新型電池的專利申請。據專利聲稱,這可以幫助突破與電動汽車相關的價格障礙。
據稱,新的玻璃電池將提供一個顯著增加的存儲容量。通過用鈉或鋰「摻加」玻璃以在電池中形成電極,新電池技術提供的儲能能力將是鋰離子電池的3倍。同時,新電池不易燃,成本更低、充電更快、壽命更長,且不會出現困擾鋰電池的鋰枝晶生長問題(鋰枝晶可能會引起短路並帶來安全隱患)。
該專利申請稱,包含水溶玻璃/非晶態固體電解質的可再充電電池可以提供安全、低成本的固態電池,能夠存儲大量電能,用於給電網供電或給電動車輛充電,固態電池的工作溫度範圍(-20C~60C)可以在四季以很小的成本保持。
據了解,玻璃電池最早於2016年在《能源與環境科學》雜誌進行了描述。2019年,通過使用原子力顯微鏡(PeakForce),研究人員獲得了關於氟化石墨-氟化鋰(GF-LiF)層能夠穩定工作的鋰陽極界面,並提出了防止枝晶形成機制的有價值見解,而這種無枝晶鋰陽極的發展是生產新型電池的關鍵步驟。
鋰電池是儲能和電動汽車的核心,其中磷酸鐵鋰電池與鈷酸鋰電池更是為電動汽車的發展開創了一片新天地。電池能量密度和充電速度的快慢,直接決定著對電池技術依賴極大的電動汽車產業的發展進度。
目前,全球對更好的存儲能力、更長的壽命、更高的能量密度和更低成本的電池需求不斷增長。在眾多的電池種類裡,能量密度潛力巨大的當屬固態電池。目前,最新的Li-CO2固態電池能量密度在實驗室條件下已高達1876Wh/kg,而最先進的三元鋰電池能量密度最高達350Wh/kg。
美國科學家古迪納夫在材料科學與技術領域,特別是鋰電池領域做出了突出貢獻,被稱為「鋰電池之父」。他發現的鈷酸鋰材料、磷酸鐵鋰材料,改變了我們的日常生活,如智慧型手機、筆記本電腦、電動螺絲刀乃至電動汽車等,如今近100高齡的他仍未停下鑽研電池技術發展的步伐。
據古迪納夫稱,玻璃電池最終可能會突破阻礙電動汽車普及的價格壁壘。也就是說,以玻璃電池為主要類型的電動汽車,在成本和便利性方面都可以與內燃汽車進行競爭。此外,玻璃電池還可以存儲間歇性的太陽能和風能。
業內人士分析認為,新電池投入市場後將給電動汽車行業帶來巨大變革。因為更高的能量密度意味著,一輛電動汽車一次充電後的續航裡程將被大幅提高。除此之外,由於新款固態電池中的電解質在低溫環境中仍然具有很高的導電性,因此可以確保電動汽車在0C以下的天氣中仍然正常運轉。
據IEEE Spectrum報導,加拿大的儲能公司Hydro-Quebec正在將古迪納夫的固態電池推向市場。據稱,目前該技術的專利權已由研究團隊所在的德克薩斯大學奧斯汀分校轉讓給Hydro-Quebec公司。據Hydro-Quebec計劃,玻璃電池應該在兩年內準備好投放市場,然後合作公司可以大規模生產該電池。