锂电池存电量翻番


  新兴电池公司Amprius(阿姆普留)公司称,其已开发出的电池储存的能量是今天市场上任何一种产品的两倍之多,这是由于采用了纳米结构的硅电极。该公司说,它正合作的是几家尚未命名的主要消费类电子产品制造商,把电池推向市场将是在2012年初。电池将使便携式电子产品使用时间延长40%而不需充电。

  Amprius公司还表示,它正在与几家主要汽车制造商合作,它们正在评估电极材料,以用于电动汽车电池。公司没有披露这些商业伙伴。

  当锂离子电池充电时,锂离子离开阴极走向阳极,而电子流入是通过外部电路。放电时这个过程相反。阳极吸纳的锂离子越多,电池可以存储的总能量就越多,使用时间就更长。在过去的30年中,锂电池一直使用碳阳极材料。因没有新的材料,这些电池的总能量储存每年大约只提高7%,这是因为工程学上的逐步改进。

  理论上,相对于用碳做电池阳极而言,硅具有十倍的锂电池存储容量,但研究人员难以把它制成一种实用的电池电极。因充放电期间,大量锂离子进出材料,硅就会膨胀破裂。

  2007年,斯坦福大学材料科学与工程学教授崔易(Yi Cui)证明,纳米结构的硅薄膜可用锂充放电,而且没有出现这些机械故障,这就制成了一种潜在的阳极材料,可以带来两倍之多的锂电池存电量。

  Amprius公司成立18个月以来,研究者们根据崔易的研究形成了计划,并已证明,硅阳极可以应用于实际电池。硅纳米线被垂直排列和束缚,但却具有灵活性,它被用来制造电池阳极。

  纳米线吸纳锂离子时,就会膨胀并弯曲来容纳它,而不会折断。然而,这在机械上并不足够稳定。Amprius公司已经解决了这个问题,办法是给予纳米线一个强化的薄金属芯,公司把它比作钢筋(用以加固混凝土结构的钢筋)。这种“钢筋”防止阳极伸缩太多。测试中,同等重量的硅阳极可储存的能量是碳阳极的三倍多。

  原型电池已测试通过250次充电循环,被证实可储存能量是常规电池的两倍。要成为一个强有力的竞争者,以用于电动汽车,这种电池将需要通过3000次充电循环,公司业务开发部主任Ryan Kottenstette(赖安•考腾斯特)说。

  Amprius公司首席执行官孙康(Kang Sun)说,公司正积极地把其电池用于电动车。“我们很着急,因为电气化前进速度之快超过任何人想象,”他说。孙康是中国太阳能生产商晶澳太阳能(JA Solar)公司的原董事长,他指出,在中国已经有大约80 家电动汽车制造商。“我们必须快,”他说。该公司预计未来几个月披露一些汽车制造商合作伙伴。

  传统碳阳极材料的制造是采用大型滚动式(roll-to-roll)系统。Kottenstette承认,真空镀膜(vacuum deposition)技术用于硅纳米线会更昂贵。然而,一旦潜在的生产问题得到解决,公司就有望提高存储容量以弥补成本的增加。该公司还在研制一种滚动式气相沉积(vapor-deposition)系统。“使它兼容现有工艺对我们而言非常重要,”Kottenstette说。