结构电池新突破丨未来电池或像脂肪

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过去一段时间,关于结构电池的讨论及研究正风生水起。

今年九月底的特斯拉“电池日”上,ElonMusk就曾许下承诺:除了无钴阳极和纯镍阴极等高能技术外,他们还会将电池变成车架,在提升车辆强度的同时帮助电动车减重10%,而减重则意味着续航提升。

谈到这一点时,Musk直言特斯拉的结构电池将是工程上的革命。

不过,对于不少电池领域研究者来说,Musk口中所描绘的未来,他们早已见识过。“它并非嵌入式电池,因为材料自身就是能源存储设备。实话说,他们说的事我们十年前就已经做过了。”帝国大学材料科学家EmileGreenhalgh说道。

在结构电池领域,Greenhalgh是世界级顶尖专家,他们的目标是尽可能地抹除电池与其他物体间的边界。

当下,电池组占据了绝大多数电子产品中大部分的空间及重量。譬如电动车,车重的三分之一都来自电池组。由此,特斯拉便提出将电池变成车架,而非将电池组安装在车架上(比如让电池组充当底盘,砍掉原本支持电池组的底盘结构)。

Greenhalgh和他的团队则提出了更“激进”的方案:直接舍弃电池组,使用车体去做能量存储,新的结构电池可以完全“隐形”。

在Greenhalgh看来,电能应该存储于制作车体的复合材料中,从这个角度出发,电池就不算作额外重量了,因为整个车都将是电池。

“这样的方案让各类材料同时承担了两项工作。”Greenhalgh说道,“这种新的电动车设计方案能大大提升车辆性能与安全性。”

结构电池来临

手机或电动车的锂电池主要由四个部分组成:阴极、阳极、电解液和隔板。当电池放电时,锂离子会从阳极(负极)流向阴极(正极),中间会通过可渗透的隔板,以防止短路。

在传统电池中,这些元器件的状态已经成型:要么叠加式要么滚筒式。

而在结构电池里,我们可以对这些元器件进行重新配置,以便嵌入不规则的模具中,且能承受巨大的物理压力。

结构电池的形态不像立方体或圆柱体,它们看起来更像机翼、车体或者手机壳。

世界上首个结构电池诞生在年的美国军队中,当时电池的电极用到了碳纤维材料。

碳纤维是一种轻质的新材料,一直以来都是飞机机身及高性能汽车的最爱。除了上述特性,在存储锂离子方面,碳纤维也比较在行,因此它也成了其它碳基材料,譬如石墨(一般用在阳极上)的绝佳替代品。

不过在结构电池里,碳纤维需要混合类似磷酸铁的反应材料来充当阴极,然后用一张薄薄的编织玻璃片将两个电极隔开,不同的层级悬浮在电解液中。

通过以上工艺,结构电池可以做到几百万分之一米厚,且可以切割成任何需要的形状。

Greenhalgh之外,瑞典查尔姆斯理工大学材料科学家LeifAsp在过去十年里也一直站在结构电池研究的最前沿。

年,Asp、Greenhalgh和一个欧洲科学家团队合作开展了名为“存储”(Storage)的项目。其目标就是打造出结构电池并将其集成到沃尔沃的混合动力原型车中。

Asp表示:“我们当时并不认为它会对社会产生多大影响,但随着项目不断深入,我开始觉得这可能是个非常有用的想法。”

在他看来,传统电池应该被定性为“结构寄生虫”。他指出,结构电池的主要好处在于,可以增加电动车续航里程。

“我们需要


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