鋰離子電池擁有強(qiáng)大的能量和長循環(huán)壽命。但他們有一個(gè)危險(xiǎn)的傾向，會(huì)爆炸，導(dǎo)致傷亡，產(chǎn)品召回和禁飛。

研究人員稱固態(tài)鋰電池為更安全的替代品。這些設(shè)備將易燃液體電解質(zhì)換成惰性固體，如塑料或陶瓷。但是研究人員幾十年來一直追求固態(tài)電池技術(shù)，卻沒有提出任何產(chǎn)品。

現(xiàn)在，馬薩諸塞州的SolidEnergySystems計(jì)劃成為第一家銷售這種電池的公司。該創(chuàng)業(yè)公司表示，與同樣重量的傳統(tǒng)鋰離子電池可以存儲(chǔ)的電池相比，它可以將兩倍的能量包裝到電池中。

這意味著設(shè)備可以工作兩倍的時(shí)間。例如，現(xiàn)在“先進(jìn)的無人機(jī)有傳感器，攝像頭和處理器，所以電池只能維持20分鐘，而且很重，”創(chuàng)始人胡超超說。使用SolidEnergy的新電池，這些無人機(jī)可以飛行40分鐘或更長時(shí)間。

該公司目前正在測試無人駕駛飛機(jī)的電池，預(yù)計(jì)今年晚些時(shí)候?qū)⑼瞥鏊鼈兊碾姵兀S后在2019年推出可穿戴設(shè)備電池，2021年后推出電動(dòng)車。

在今天的電池中，鋰鹽的稀溶液可用作電解質(zhì)。其工作是在碳陽極和鋰過渡金屬氧化物陰極之間穿梭離子。一些陶瓷，聚合物和玻璃材料也可以做得很好。除了比液體產(chǎn)品更安全之外，這些替代品還可以支持純鋰陽極，這將提高能量密度。

20世紀(jì)80年代，鋰離子電池先驅(qū)最初選擇鋰金屬作為陽極。但是鋰金屬陽極迅速生長出長滿苔蘚的苔蘚狀晶須，它可以到達(dá)陰極并使電池短路。因此，電池研究人員轉(zhuǎn)向碳用于陽極。

SolidEnergy的解決方法是將純鋰箔制成的超薄陽極涂上一層混合聚合物陶瓷電解質(zhì)，這種電解液可以抑制枝晶生長。另一種電解質(zhì)，即鋰鹽糊狀物，放在陰極上。

陰極上的電解質(zhì)含有足夠的溶劑以使鋰鹽在室溫下傳導(dǎo)離子。胡說，該設(shè)備技術(shù)上是半固體電池，但比傳統(tǒng)的鋰離子電池更安全。電池的能量密度約為每千克500瓦時(shí)，是傳統(tǒng)鋰離子電池250瓦時(shí)/千克的兩倍。缺點(diǎn)是它只能重復(fù)充電約200次，而傳統(tǒng)電池的重復(fù)次數(shù)卻不到1000次。

“有很多人試圖找到100％完美的固態(tài)方法，”胡說。“但我們認(rèn)為我們的半固體方法已經(jīng)足夠好了。”

其他實(shí)驗(yàn)室仍然專注于最終固態(tài)電池的愿景。去年，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的JohnGoodenough發(fā)布了一款堅(jiān)固的玻璃電池。他和同事MariaHelenaBraga使用鋰摻雜的玻璃材料作為電解質(zhì)。在他們最新的設(shè)計(jì)中，他們在4月份的美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上報(bào)道，他們用特殊的增塑劑溶液涂覆柔性陰極。

固態(tài)電池的一個(gè)問題是，隨著各種材料以不同的速率膨脹和收縮，電池的界面破裂。Braga說，增塑劑起到防止開裂的緩沖作用。新的電池設(shè)計(jì)具有傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度的兩倍，可以重復(fù)充電23,000次。

最近，行業(yè)巨頭也開始投資固態(tài)電池。本田，日產(chǎn)和豐田已與松下公司合作開發(fā)電動(dòng)車。但是一些固體技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司的高調(diào)收購已經(jīng)出現(xiàn)。2015年，戴森收購了密歇根大學(xué)分拆Sakti3，計(jì)劃開發(fā)電動(dòng)汽車電池，而德國巨頭博世收購了勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）的固態(tài)聚合物電池初創(chuàng)公司Seeo。兩家公司都已經(jīng)拋棄了這些技術(shù)。

LBNL科學(xué)家兼化學(xué)工程師NitashBalsara說，鋰金屬電池并不容易，LBNL科學(xué)家兼化學(xué)工程師NitashBalsara在2007年與其他LBNL校友共同創(chuàng)辦了Seeo。“總體而言，只要電池行業(yè)是免費(fèi)的，電池行業(yè)就非常重視安全性。”他說。“我認(rèn)為[這是]一個(gè)錯(cuò)誤。有足夠的空間來開發(fā)本質(zhì)安全的鋰電池并將它們交給消費(fèi)者。“

Balsara現(xiàn)在有一個(gè)新的創(chuàng)業(yè)公司BlueCurrent，它正在完善一種混合聚合物陶瓷電解質(zhì)。聚合物不像陶瓷一樣傳導(dǎo)離子，但陶瓷很脆。Balsara說，這款混合動(dòng)力車“混合兩全其美，為汽車充電更多能量，當(dāng)汽車碰撞時(shí)不會(huì)破裂”。

紐約賓厄姆頓大學(xué)化學(xué)教授，鋰離子先驅(qū)M.StanleyWhittingham說，固態(tài)電池最終可能奏效，但他們?nèi)匀幻媾R工程挑戰(zhàn)。“在不久的將來，什么都不會(huì)取代鋰離子電池，”他說，預(yù)測固體和半固體電池將在未來5到10年內(nèi)轉(zhuǎn)移到利基市場。“最終，挑戰(zhàn)是他們會(huì)是多么昂貴，”他說。

每千瓦時(shí)500美元的價(jià)格，SolidEnergy的電池價(jià)格比傳統(tǒng)的鋰離子電池高得多，現(xiàn)在售價(jià)約為200美元。但胡先生預(yù)計(jì)，隨著大規(guī)模制造業(yè)的成本下降，并與主要電池制造商進(jìn)行談判。

“我們還沒有準(zhǔn)備好實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的最終目標(biāo)，”胡承認(rèn)。“但是我們已經(jīng)滿足了無人機(jī)的關(guān)鍵性能要求，并且正在向EV電池取得巨大進(jìn)展。”