玻璃電池臨面世！固態(tài)電池新篇章即將揭開

玻璃電池臨面世！固態(tài)電池新篇章即將揭開

      JohnB.Goodenough（約翰·B·古迪納夫）美國物理學(xué)家，與葡萄牙研究員瑪麗亞·海倫娜·布拉加（Maria Helena Braga）一起研發(fā)出“玻璃電池”。繼古迪納夫40年前研發(fā)的鋰電池，此次的“奇跡電池”并非像現(xiàn)在這樣基于液體電解質(zhì)，而是基于固體，即電子穿過與堿金屬結(jié)合的玻璃。這種固態(tài)電池具有諸多優(yōu)點：容量大、耐冷熱、充電不再需要數(shù)小時而是幾分鐘，且固態(tài)電解質(zhì)不燃燒。

　　現(xiàn)年97歲高齡的古迪納夫主導(dǎo)了鋰離子電池的發(fā)展，是科克雷爾工程學(xué)院教授，也是電池研究屆的一個傳奇。他被稱為鋰電池之父，創(chuàng)造出了當(dāng)今流行的，在消費級電子設(shè)備和電動汽車上廣泛使用的，可多次充電的電池。

　　一、玻璃電池時代離我們不遠了

    “我們相信，我們的發(fā)現(xiàn)，解決了今天的電池存在的很多問題，”古德伊納夫說。古德伊納夫和他的工程師團隊相信，對新一代電池的等待可能很快就要結(jié)束了。

　　現(xiàn)在，古德伊納夫和他的工程師團隊，在德州州立大學(xué)奧斯汀分校研發(fā)出了第一款玻璃鋰電池。這些電池體，可以為手機和電動汽車，提供持續(xù)時間更長的多次充電電池。

　　鋰玻璃不僅將鋰離子的能量密度翻了三倍，他還能在幾分鐘內(nèi)重新充滿電，可充電周期超過幾千次，在零下的極端天氣也表現(xiàn)出色，并且不會像鋰電池一樣易燃。

　　研究者們證明，新的鋰玻璃電池有傳統(tǒng)鋰電池至少三倍多的電能。更高的電能意味著電動力汽車可以在充電點之間，行駛更多的英里數(shù)。三倍延長電動汽車的行駛范圍，使得電動汽車可與汽油動力汽車并駕齊驅(qū)，可以幫助這個成長中的環(huán)保市場獲利。

　　二、鋰玻璃電池充電更快捷，更高效，更安全

    “我想我們有可能做成我們在過去二十年一直想做的事情，”古德伊納夫?qū)Α禝EEE綜覽》記者說?！耙簿褪?，造一輛在價格和方便程度上，都能與有內(nèi)燃機的汽車相競爭的電動力車。

    “鋰玻璃電池的構(gòu)想也經(jīng)受得主更多次的充放電循環(huán)，這相當(dāng)于延長了電池使用壽命，同時，充電的時間也變短了（幾分鐘而不是幾小時）。對于手機用戶，這意味著綁在墻上插座前的時間也變少了。

　　新電池的關(guān)鍵就是使用固體玻璃電解質(zhì)，而不是鋰電池常用的液態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)在陽極（電池的背面）和陰極（電池的正面）之間，運輸導(dǎo)電的鋰離子。如果液態(tài)電池充電速度過快，會造成短路，還會起火。而固體的電解質(zhì)降低了電路板短路的風(fēng)險，成為更安全的選擇。

玻璃電解質(zhì)也使用了可持續(xù)的材料，“用廉價的鹽來代替鋰。而鹽可以從廣泛可得的海水中提取，“使得玻璃鋰電池成為更環(huán)保的一種電池。聯(lián)合研究者，科克雷爾學(xué)校資深研究員瑪麗亞 海蓮娜 布拉加說。

　　在其他替代品（比如氫氣和硫化鋰）試驗使用的同時，鋰電子，和鋰聚合物，仍是筆記本電腦，智能手機和逐漸增加的電動汽車使用的主流技術(shù)。

　　三、玻璃電池兩年內(nèi)投放市場  

　　新的鋰玻璃電池研究很有前景，但這項新技術(shù)仍需幾年的時間，才能被引入商業(yè)市場。

　　據(jù)IEEE（美國電氣電子工程師學(xué)會）主期刊《IEEE Spectrum》報道，位于加拿大的儲能專業(yè)公司Hydro-Quebec正在將古迪納夫的固態(tài)電池推向市場。

　　該技術(shù)的專利權(quán)已由研究團隊所在的德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校轉(zhuǎn)讓給Hydro-Quebec。這家加拿大公司在電池儲能技術(shù)方面是全球公認(rèn)的先鋒。Hydro-Quebec有著雄心勃勃的計劃：玻璃電池應(yīng)該在兩年內(nèi)準(zhǔn)備好投放市場；然后，合作伙伴公司可以大規(guī)模生產(chǎn)電池。

　　目前，德國汽車巨頭梅賽德斯-奔馳正與Hydro-Quebec合作開發(fā)新的電池技術(shù)。

　　四、柔性玻璃用于鈣鈦礦電池

　　美國能源材料公司（EMC）與康寧公司簽署了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議（JDA），計劃開發(fā)用柔性玻璃封裝的鈣鈦礦太陽能電池。

　　根據(jù)TestPV查閱到的技術(shù)資料，EMC公司的R2R（卷對卷）工藝能夠大大提升電池封裝的生產(chǎn)效率，而康寧公司的柔性Willow玻璃具有優(yōu)異的熱機械穩(wěn)定性、光學(xué)清晰度、表面質(zhì)量和出色的阻隔性。

　　據(jù)EMC首席執(zhí)行官Stephan DeLuca博士介紹，太陽能電池板要求高效率和長壽命，康寧Willow Glass極大地擴展了使用高速卷對卷印刷方法制造高性能鈣鈦礦太陽能電池組件的工藝窗口，同時提供了可延長產(chǎn)品壽命的封裝屏障。  

　　康寧技術(shù)中心副總裁Dipak Q. Chowdhury博士認(rèn)為，“Willow Glass是卷對卷印刷鈣鈦礦型光伏組件的獨特定制基材，高產(chǎn)量的R2R工藝與康寧Willow Glass優(yōu)異的材料性能相結(jié)合，可實現(xiàn)高速和高性能的光伏電池制造。”

　　如果這項合作能夠獲得成功，鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)效率將大幅提升，制造成本將大幅降低，并能推動高性能的鈣鈦礦型太陽能光伏技術(shù)盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將產(chǎn)品盡早商業(yè)化推向新能源領(lǐng)域。