蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，基于富有前景的測試結(jié)果，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的電池研究人員建議固態(tài)電池行業(yè)關(guān)注等靜壓（isostatic pressing）技術(shù)，以促進(jìn)下一代電池商業(yè)化。

（圖片來源：橡樹嶺國家實驗室）

 

電動汽車制造商的目標(biāo)之一是，實現(xiàn)商用規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池。比起目前市場上的鋰離子電池，固態(tài)電池的充電速度更快、續(xù)航時間更長、運行更安全。

 

ORNL研究人員建議關(guān)注很少涉及的等靜壓成型技術(shù)。該工藝使用機(jī)器內(nèi)的液體和氣體，如水、油或氬氣，對電池組件施加一致的壓力，從而產(chǎn)生高度均勻的材料。在生產(chǎn)這種壓制設(shè)備的行業(yè)合作伙伴的幫助下，ORNL研究人員發(fā)現(xiàn)，采用等靜壓技術(shù)，可以更容易、更快地生產(chǎn)電池，同時創(chuàng)造更好的能量流動條件。

 

在電池充放電時，離子通過電解質(zhì)在金屬薄層狀正、負(fù)極之間移動。在電動汽車使用的鋰離子電池中，電解質(zhì)是一種液體，更易于離子通過。然而，如果電池層體之間的區(qū)域受到損害，這些液體有可能溢出或著火。

 

ORNL的Marm Dixit及其同事發(fā)現(xiàn)，通過等靜壓技術(shù)，可以產(chǎn)生均勻的固態(tài)電解質(zhì)薄層，使層與層之間保持高度接觸，從而實現(xiàn)平穩(wěn)的離子運動。該方法適用于不同溫度和壓力下的各種電池成分。

 

結(jié)果顯示，在低溫條件下，使用柔軟的電解質(zhì)材料，等靜壓技術(shù)非常成功。因為軟電解質(zhì)材料更易于加工，具有適合離子運動的晶體結(jié)構(gòu)。相比之下，以前的電池等靜壓技術(shù)需要在非常極端的條件下完成，如非常高的溫度或室溫，但不能介于二者之間。Dixit表示：“這些材料具有獨特的優(yōu)勢，因此受到研究人員的關(guān)注。在從室溫到幾千華氏度之間任意進(jìn)行等靜壓，具有重要意義。這意味著可以使用所有材料，如聚合物和氧化物。”

 

研究人員表示，對于正在開發(fā)的各種固態(tài)電池設(shè)計和材料連續(xù)制造工藝，這種多功能性具有重要意義。相對來說，等靜壓技術(shù)也易于實現(xiàn)商業(yè)擴(kuò)展。目前，各公司競相向汽車制造商供應(yīng)固態(tài)電池，因此這一發(fā)現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注。一些先進(jìn)的汽車公司已經(jīng)宣布，打算在幾年內(nèi)銷售使用固態(tài)電池的電動汽車。ORNL企業(yè)研究員、電氣化部門負(fù)責(zé)人Ilias Belharouak表示，為了實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，需要完善固態(tài)電池技術(shù)。“如果可以擴(kuò)展等靜壓技術(shù)，將提供一種無需外部壓力就能組裝電池層的方法。”

 

在熔合和連接材料領(lǐng)域，等靜壓技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)十年之久。最近，這種技術(shù)已成為消除3D打印部件中空洞和異常結(jié)構(gòu)的工具。然而，其電池應(yīng)用測試一直受到限制。

 

研究人員還表示，通過等靜壓技術(shù)，可以將三個電池層制成單一、致密的系統(tǒng)，而無需單獨制造層體，再將它們結(jié)合在一起。

 

該團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，實現(xiàn)規(guī)模化制造固態(tài)電池十分重要。“有效解決這些挑戰(zhàn)，可以超越目前的電池技術(shù)，使能量密集型固態(tài)電池滿足便攜式電子產(chǎn)品、電網(wǎng)存儲、電動汽車甚至航空應(yīng)用迅速增長的需求。”

 

ORNL研究人員正在進(jìn)行深入測試，以了解哪種壓制溫度和壓力組合對不同的材料最有效，以及這些因素如何影響材質(zhì)。Dixit表示：“等靜壓可以改變材質(zhì)——問題在于能否主動控制它。對固態(tài)電池來說，操控晶體材質(zhì)的能力，具有重要意義。”