雖然大多數(shù)電動汽車制造商正在優(yōu)化現(xiàn)有的鋰離子電池解決方案,通用汽車(GM)卻已轉(zhuǎn)向鋰金屬電池的下一代電動汽車。
電動車的續(xù)航里程有限,其中大部分最大續(xù)航里程為380英里(610公里)以下,這是電動汽車廣泛采用的主要障礙之一。汽車制造商和研究人員通常會尋找三種解決辦法:高能效汽車系統(tǒng)、改進的電池充電技術(shù)或更高容量的電池。
市場上流行電動汽車?yán)m(xù)航里程 近日,通用汽車(GM)對第三種解決方案進行了大量投資,將更高容量的電池作為該公司的遠(yuǎn)程電動汽車解決方案。盡管與之競爭的電動汽車制造商(如特斯拉)已通過修改鋰離子電池的結(jié)構(gòu)來尋求更高容量的電池,但通用汽車電池解決方案的研發(fā)方向已完全與鋰離子電池分道揚鑣。
取而代之的是,這家汽車巨頭選擇開發(fā)鋰金屬電池,希望能制造出更高容量、更低成本的電池。與鋰離子電池相比,電動汽車用鋰金屬電池有哪些優(yōu)點?為什么到目前為止,這項技術(shù)還沒有被制造商們廣泛采用呢?
1、鋰金屬電池vs鋰離子電池
鋰金屬電池的工作原理與鋰離子電池相似。在鋰離子電池中,陽極和陰極由一個用電解液“濕潤”的隔膜分開,以促進鋰離子在陽極和陰極之間的運動。隔膜隔離陽極和陰極,以防止短路,同時只允許鋰離子通過電解液。這就產(chǎn)生了功能電流。
在鋰電池中,陽極通常由石墨制成,而陰極由鋰鈷氧化物組成。鋰金屬電池也以同樣的方式工作,但它使用的不是石墨陽極,而是高能鋰金屬。
鋰離子電池工作原理 據(jù)華盛頓州立大學(xué)的研究人員稱,鋰金屬被認(rèn)為是電池的“夢想材料”,因為所有已知的固體材料中,它的能量密度最高。事實上,鋰金屬電池每磅至少比鋰電池多儲存33%的能量,可以產(chǎn)生更高容量和更輕重量的電池。
2、鋰金屬電池面臨的挑戰(zhàn)
雖然鋰金屬看上去像是電動汽車開發(fā)商的一個明確的候選者,但對電池安全性的擔(dān)憂一直是一個主要限制。當(dāng)鋰離子在正極和負(fù)極之間轉(zhuǎn)移時,鋰金屬電池更容易在鋰金屬上形成樹枝狀固體針狀結(jié)構(gòu)——枝晶。如果不加以控制,枝晶最終會穿透陰極,使電池短路,并有可能燃燒電池的電解液。
枝晶形成可能穿透陰極引起短路 即使電池不著火,枝晶也會增加自放電,這意味著鋰金屬電池失去了長期儲存電荷的能力。由于這些缺點,制造商們大多放棄了這種電池類型,轉(zhuǎn)而使用它更為成熟的同類產(chǎn)品鋰離子電池。然而,隨著近年來對鋰金屬電池的更多研究和投資,這項技術(shù)似乎正在卷土重來。
3、通用汽車押注金屬鋰
六年前,通用汽車投資了一家名為SolidEnergy Systems(SES)的初創(chuàng)公司,這家公司正在研究開發(fā)和制造鋰金屬電池的新方法,這些電池實際上是安全的。現(xiàn)在,兩家公司已經(jīng)宣布了一項聯(lián)合開發(fā)協(xié)議,其中一部分涉及在馬薩諸塞州沃伯恩建造一條制造原型生產(chǎn)線的計劃。
通用汽車鋰金屬電池原型 盡管大多數(shù)信息仍處于保密狀態(tài),但兩家公司都將自己的鋰金屬知識產(chǎn)權(quán)帶到了談判桌上,僅通用汽車一家就擁有49項專利,正在等待45項專利批準(zhǔn)。通用汽車公司聲稱,他們已經(jīng)開發(fā)出一種帶有保護陽極的鋰金屬電池,在一個研究設(shè)施中完成了超過15萬英里的測試。這一合作關(guān)系旨在加速兩家公司的鋰金屬研發(fā),最終有望在2023年前推出商用電池。