氣候變化和溫室氣體排放，以及對可再生能源和更可持續未來的需求，正在推動全球經濟向電動交通發展。為了取得成功，?電動汽車 (EV) 的?采用和其他正在進行的電氣化過程需要更高效、更具成本效益和更安全的電池。在過去的幾年里，人們投入了巨大的精力和投資來創造下一代電池，主要集中在電池化學、新化學配方以及鋰硫和鋰金屬?電池等新材料上。

以色列/英國的初創公司Addionics采用了與其他公司不同的方法，專注于物理而不是化學。Addionics 與化學無關的方法意味著它仍然可以從化學進步中受益，同時通過電池的創新物理設計將新技術引入電池物理。新的電池架構在多個維度上實現了顯著的性能改進，而無需對電池化學進行任何改變。

“今天的電池電極是使用非常薄的箔膜制造的，類似于我們用來包裝食物的普通鋁箔，”Addionics 首席技術官 Vladimir Yufit 說。“他們的目的是從電池活性材料中收集電流，這種方法幾十年來一直是一樣的。我們的想法是把這個薄箔做成三維的，具有不同的設計和架構。該公司的重點是設計這些三維多孔金屬電極，制造它們，并基于這種先進技術制造電池。”

通過采用現有的 2D 層狀電極結構并用集成的 3D 結構取而代之，Addionics 開發了一種技術，能夠顯著提高電池性能，降低成本和充電時間，同時提高電池的功率密度和能量。獲得專利且可擴展的 3D 金屬制造方法可最大限度地減少內部電阻，并提高機械壽命、熱穩定性以及標準電池中常見的其他典型限制和退化因素。

今天的電池面臨著能量與功率的權衡：它們可以存儲更多能量，或者可以更快地充電和放電。對于 EV 應用，這意味著沒有電池可以同時提供長距離和快速充電。與當前電池技術相關的另一個問題是所謂的陽極-陰極失配。鋰離子電池化學的最新進展包括在電池陽極中使用硅，而不僅僅是純石墨。

不幸的是，當今占主導地位的陰極化學無法與高陽極能量水平相匹配，從而限制了這些新技術的引入。Addionics 通過重新設計電池為這兩個關鍵問題提供了解決方案。此外，Addionics 技術可以應用于陽極和陰極，這意味著可以使用先進的架構構建更厚、更高能量的陰極。具有這些 3D 結構的陰極將具有更高的能量，并與新興的高能陽極技術的容量相匹配。

“我們的解決方案采用物理方法，而不是化學方法；這意味著我們可以使用幾乎任何類型的電池化學物質，我們可以根據新法規或新材料調整我們的技術，”Yufit 說。

現有的電池化學可以通過 3D 電極提高其性能，而新興的先進化學可以通過 3D 結構克服實施挑戰。Addionics 已經展示了具有各種化學成分的 3D 電極的優勢。

多孔金屬電極

Addionics 的基本理念是制造高度多孔的 3D 電極，以取代傳統的金屬箔。通過這種方式，可以顯著增加電極本身的外表面，從而對電池的功能產生積極影響。具有 3D 結構可以實現更好的電解質傳輸，從而降低內阻。圖 1 比較了傳統電池結構（左側）和 Addionics 的 3D 電池設計（右側）。

在傳統的電池結構中，活性材料（黑色和紫色）被涂覆在陽極和陰極結構中的 2D 金屬箔上，而在 Addionics 的 3D 電池設計（3D 電極）中，具有活性材料的集成電極嵌入在 3D 金屬中。通過轉向 3D 電極設計，電池可以實現三個關鍵性能改進：提高能量密度、降低內阻，以及由于更好的散熱和更高的機械穩定性而更安全、更持久的性能。

Addionics 發明的多孔結構在不影響電極功能的情況下提高了性能，即使在用于充電的功率增加時也能保持均勻和穩定。這意味著使用 3D 電極，鋰離子電池的續航時間可以延長兩倍，充電速度更快，并且可以增加電動汽車的續航里程。圖 2 顯示了 3D 電極如何延長電池壽命。與基于箔的標準電池（黑色）相比，第一個 Addionics（綠色）軟包電池原型展示了超過 2,000 次循環，容量僅下降 20%。

圖 2：Addionics 的 3D 電極技術已被證明可以延長電池壽命。（來源：Addionics）

Addionics 還開發了一種創新的制造方法，不僅以具有市場競爭力的成本生產 3D 結構，而且還可以降低成本。為了優化 3D 金屬結構的設計，Addionics 開發了一種先進的基于 AI 的電池建模軟件，該軟件可以指導制造過程以創建最佳結構。最后，為了成功地大規模實施 3D 電池結構，需要開發新的涂層工藝來均勻地涂層 3D 金屬結構。

Addionics 與大公司合作開發電池，包括那些致力于開發電動汽車和動力系統的公司。“我們雄心勃勃的目標是將我們的電池用于每輛電動汽車，”Yufit 說。“雖然我們的技術可供 OEM 使用，但我們的應用也可用于消費電子產品，這可能更為關鍵，因為這些設備由于空間限制非常有限，可以使用越來越少的電池。我們目前專注于提高三種主要電池化學成分的能量密度：硅、LFP [磷酸鐵鋰]和固態電池。”

審核編輯 黃昊宇