特斯拉改進鋰電池 硅負極助續(xù)航提升

時間:2015-08-05 10:45來源:生意社 作者:火凡
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  特斯拉生產(chǎn)平價電動汽車的計劃似乎總是指向內(nèi)華達州的里諾市,該公司正在這里興建價值50億美元的超級電池廠,它的目標(biāo)是在2017年底前獲得足夠的產(chǎn)能,以便將鋰離子電池組的每千瓦時成本削減30%以上。

  許多公司都表示要降低電池價格并提高容量,并且正在確立相應(yīng)的概念。特斯拉的最終目標(biāo)是推出比Model S豪華電動汽車便宜一半的產(chǎn)品。實際情況表明,該公司有好幾條路可走。

  特斯拉的最新方向是硅。不是硅谷,而是硅這種材料,它正在改變電池的生產(chǎn)方式。上周五,特斯拉展示了新的90千瓦時電池組,這種升級產(chǎn)品的容量提高了5%,可以讓特斯拉的電動汽車多行駛15英里(約24公里)左右。雖然外觀可能沒有變化,但它使用了硅,這是鋰離子電池技術(shù)的一個進步。

  上周,特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·穆斯克在電話里告訴記者,該公司對電池進行了改進,具體方法是在陽極中使用了一些硅材料,進而改變了電池的化學(xué)反應(yīng)過程。

  穆斯克說:“我們的方向是用硅來做陽極,以上做法只是邁出一小步。我們用的主要材料仍是人造石墨,但我們會慢慢地在陽極中加入越來越多的硅。”

  對外行來說,這聽起來也許跟鏡面加工很像。而實際上,這樣做有可能讓電池變得更好、更廉價;對特斯拉(和其他電池制造商)來說,它既重要又難度極大。

  加拿大新斯科舍省戴爾豪西大學(xué)鋰離子電池首席研究員杰夫·達恩教授最近和特斯拉簽訂了為期五年的獨家合作協(xié)議。他說:“電池廠商正在爭相提高電池中的硅含量。在全球鋰離子電池領(lǐng)域,正在進行硅課題攻關(guān)的研究人員不計其數(shù)。許多學(xué)術(shù)界和實業(yè)界人士也在非常努力地鉆研這個問題。”

  鋰離子電池小科普

  電池有兩端,一端是陽極,另一端是陰極,二者之間是電解液。在充電和放電過程中,離子通過電解液在兩極之間移動。

  商用鋰離子電池的陽極一般由石墨制成。如果用硅制作陽極,其單位體積鋰離子容量可達到前者的10倍左右。理論上,如果用硅大量取代石墨,石墨陰極就可能變細,從而擴大容納活性材料的空間。這樣就可以提高電池的能量密度,也就是單位體積能量存儲能力。

  換句話說就是,尺寸不變,能量增多。同時,在鋰離子電池中,硅的質(zhì)量不需要像太陽能電池或集成電路中那么高,這就意味著價格較低。電池中的硅越多,就越容易降低成本。

  這就是所有電池廠商的目標(biāo)——提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本。

  聽起來很容易吧?但達恩說,難得很。達恩正在3M或者加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會資助的一個項目中,這個項目就是要開發(fā)持續(xù)時間更長、成本更低的鋰離子電池。完成了3M的研究項目后,達恩將從2016年6月開始和特斯拉進行獨家合作。

  把鋰和硅放在一起的難點在于,最終出現(xiàn)的原子數(shù)量幾乎是初期的五倍,而這會帶來各種各樣的問題。

  參加聚會的電極顆粒

  達恩解釋說,大家可以把電池電極想象成一個房間,電極中的大量顆粒就像在房間里聚會的人。如果這些人都突然變得很胖,房間里就裝不下那么多人了。
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