三星技術研究院(SAIT)與日本三星研發研究院(SRJ)的研究人員,已經設計了一種高性能、長續航的純固態 EV 原型電池。其采用了更安全的袋式封裝設計,體積較常規鋰離子電池小 50%,可在實現 500 英里續航里程的情況下,實現 1000 次以上的循環充電。
截圖(來自:Samsung)
固態電池被視為電動汽車(EV)的一個重要突破,有望奠定未來幾十年的發展方向,在汽車、飛行器、設備、家庭供電等方面發揮重要的作用。
當前鋰離子的一大短板,就是使用了液態的電解質。每次充放電過程,鋰離子都會在正負極之間來回浮動,而固態電池則使用凝結的固態電解質來傳遞電荷。
消除液態電解質,不僅可以增大電池的體積能量密度、讓結構變得更加緊湊,還可以更好地應付發熱狀況。
對于電動汽車來說,固態電池不僅能夠降低散熱需求,還可以減少自重、不易起火或爆炸、使用壽命也更長。
當前鋰離子電池還面臨老化后形成晶枝的問題,隨著常見的鋰金屬陽極積聚少量的金屬,電池內部可能形成筍狀突起,最終戳破電芯、縮短電池使用壽命、乃至形成短路等安全隱患。
好消息是,三星旗下 SAIT 和 SRJ 研究所的研究人員,已經開發出了使用 5 微米厚度的銀碳復合層來取代鋰金屬陽極的方法。
研究已發表在《自然能源》(Nature Energy)期刊上
SRJ 首席工程師 Aihara Yuichi、首席研究員 Lee Yong-Gun Lee 和 SAIT 的 Master Dong Im 組成的研究團隊,選擇了固體硫化物電解質和高鎳層狀氧化物陰極。
結果發現,這種新設計有效地調節了鋰枝晶的沉積,從而實現了長效的電化學特性。基于袋式原型電池的測試表明,其效率在 900 Wh / L 以上 。
原型電池的能量密度,約為常規使用液態電解質的鋰離子電池的兩倍、庫侖效率超過 99.8%、預估壽命超 1000 次循環。
以設計續航 500 英里(800 公里)的電動汽車為例,如果管理得當,車子能夠順利行駛 50 萬英里(80 萬公里)以上,遠超大多數燃油發動機。
作為目前世界上最知名的電池制造商之一,三星顯然可以在適當的時候迅速投產下一代固態 EV 電池。
不過在商用之前,研究團隊表示其計劃進一步完善設計,以及開發配套的制造技術,此外電池價格仍占 EV 總成本的大頭。
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