去年，電池新創(chuàng)公司A123系統(tǒng)公司(A123 Systems)開設(shè)了另一家公司，稱為24M公司(24M)，開發(fā)一種新型電池，想使電動汽車走得更遠(yuǎn)，成本更低。現(xiàn)在，一篇研究論文發(fā)表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上，披露了初步細(xì)節(jié)，說明那種電池如何工作。它還克服了使電池走向市場的挑戰(zhàn)。
有一個大問題，鋰離子電池用于電動汽車和插電式混合動力車，只有約25的電池體積放置的是儲存能量的材料。其余的都是由無效材料組成，如包裝，導(dǎo)電箔和膠水，這就使電池笨重，而且占了相當(dāng)部分的成本。
24M公司打算大大減少電池中的無效材料。據(jù)估計，這篇新論文中的電池可以實現(xiàn)幾乎兩倍的能量密度，這是對比今天的汽車電池組。電池具有更高的能量密度，就會更小更便宜，這意味著電動和混合動力汽車將會更便宜。這篇論文估計，這種電池成本可能低至每千瓦時250美元，低于它們現(xiàn)在成本的一半。
傳統(tǒng)的電池組包含幾百個電池。每個電池都包含成疊的眾多多薄薄的固體電極。這些電極配以金屬箔集電器(currentcollectors)，相互分隔采用塑料薄膜。要增加能量儲存，就需要增加更多層的電極材料，而這反過來就需要更多層的金屬箔和塑料薄膜。
24M公司的設(shè)計使得有可能增加能量存儲，而不需要額外的金屬箔和塑料薄膜。關(guān)鍵的區(qū)別是，電極不是固體薄膜堆在電池里，而是堿渣狀材料存儲在容器里，一種是正極材料，另一種是負(fù)極。
這種材料從容器泵入小型設(shè)備，它們通過的渠道是刻在金屬塊上的。當(dāng)這種情況發(fā)生時，離子就會從一個電極移動到另一個電極，也是通過同樣的那種隔膜材料，就是用于傳統(tǒng)電池的那種。電子會離開材料，進入外部電路。在這個設(shè)計中，提高能量儲存簡單得就像增加貯存容器的尺寸，這一設(shè)備使電極互動，可以保持同樣的尺寸。這一設(shè)計也不需要連接數(shù)百個電池，以獲得足夠的能量儲存。
這種新電池類似于一種東西，叫做液流電池(flowbattery)，其中兩種電解質(zhì)被泵抽著，穿過彼此。但是，傳統(tǒng)的液流電池比這種新設(shè)計約大10倍，因為它們使用稀釋的能量存儲溶液(diluteenergystoragesolutions)，這使得它們不能實際用于汽車。
研究人員中，帶領(lǐng)人是蔣業(yè)明(Yet-MingChiang)，他是麻省理工學(xué)院(MIT)材料科學(xué)教授下，創(chuàng)立了A123系統(tǒng)公司和24M公司，研究人員測試各種材料，用于電極，包括鋰鈷氧化物(lithiumcobaltoxide)，這是常見的筆記本電腦電池。他們證明，這種設(shè)備可以充電和放電，速度符合電動汽車的要求，蔣業(yè)明說。
文中還介紹，研究人員如何克服最大的設(shè)計挑戰(zhàn)：把電荷從堿渣中抽出。在普通的鋰離子電池中，電子傳遞要跳過連接的導(dǎo)電粒子，在固體電極中，直到它們到達(dá)集電器。在新的電池中，電子不會流過電解質(zhì)。因此，蔣業(yè)明和同事混合了納米級碳粒子，混入堿渣粒子自發(fā)形成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在流體中提供通路，讓電子逃逸。
挑戰(zhàn)依然存在，在電池可以商業(yè)化之前就是這樣。導(dǎo)電率(electricalconductivity)仍低大約100倍，這是對比實際系統(tǒng)而言，蔣業(yè)明說。他還在努力提高堿渣中活性材料的濃度。
杰夫-達(dá)恩(JeffDahn)是達(dá)爾豪西大學(xué)(DalhousieUniversity)物理和化學(xué)教授，他指出，要達(dá)到所需的電力水平，來驅(qū)動汽車，這種電化學(xué)電池仍然需要很大體積：隔膜材料(separatormaterial)必須覆蓋的面積約為3米乘4米。它可以切成可操作的片，堆疊起來，但這樣會使系統(tǒng)復(fù)雜，即使用這種方法，這種電池可能還是體積大，他說。
“我們正在很好地改進這項技術(shù)，”24M公司總裁斯魯普-萬爾德(ThroopWilder)說。“認(rèn)可了這篇論文，就有力地肯定了這些基本原則，會推動我們的研發(fā)。”24M公司有大約20名員工，已籌集到約1600萬美元。
“這是一個非常智能的裝置，”達(dá)恩說。“我不知道，這是否會不僅僅是論文中的一個想法，但蔣業(yè)明此前已經(jīng)使人驚訝。”