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盖世汽车：新型超薄三层陶瓷电解质 提高固态电池安全性和充电速度


IonStorageSystems公司推出坚固、致密的陶瓷电解质 。 这种电解质只有10微米厚 ， 与目前锂离子电池中使用的塑料隔板厚度相同；并且与当前的液体电解质一样 ， 可以传导锂离子 。 该公司首席执行官EricWachsman称 ， 它克服了固态电池的两个关键问题：电解质电阻高和载流量低 。
【盖世汽车：新型超薄三层陶瓷电解质 提高固态电池安全性和充电速度】
盖世汽车：新型超薄三层陶瓷电解质 提高固态电池安全性和充电速度
本文插图
（图源：spectrum）
盖世汽车讯多年来 ， 专家们一直将固态电池视为理想的下一代电动汽车电池技术 。 这种电池采用的是固态电解质 ， 而不是易燃液体电解质 ， 比目前的锂离子电池更加安全 。 而且 ， 固态电池用锂金属负极取代石墨负极 ， 所以寿命更长 ， 重量更轻 ， 可以达到10倍的能量密度 。 现在 ， 福特、现代、日产、丰田和大众等公司纷纷投资研究固态电池 。
据外媒报道 ， IonStorageSystems公司推出坚固、致密的陶瓷电解质 。 这种电解质只有10微米厚 ， 与目前锂离子电池中使用的塑料隔板厚度相同；并且与当前的液体电解质一样 ， 可以传导锂离子 。 该公司首席执行官EricWachsman称 ， 它克服了固态电池的两个关键问题：电解质电阻高和载流量低 。
此类电解质共分三层 ， 中间一层是薄且致密的氧化锂陶瓷（化学式为Li7La3Zr2O12） ， 两侧是稍厚一点的多孔陶瓷层 。 多孔陶瓷层上的超薄氧化铝涂层 ， 有助于进一步降低电阻 。
致密的中间层可以增加强度 ， 防止陶瓷破碎；而且能够防止产生锂枝晶 ， 让电池更加安全 。 另外 ， 多孔氧化铝涂层允许锂离子快速进入电解质 。 现在 ， 锂离子电池中所产生的锂枝晶 ， 能够刺穿薄薄的塑料隔板 ， 造成短路风险 。
Wachsman表示："独特的结构和界面处理方式 ， 有利于降低电阻 。 高电阻一直是固态电池的难题 。 "因为锂离子在电极和电解质之间传输顺畅 ， 所以 ， 电池的电流密度高达10mA/Cm2 。 而且 ， 在几乎不产生枝晶的情况下 ， 电池可以实现快速充电 ， "大约需要5到10分钟 。 对固体电解质来说 ， 这是前所未有的 。 "另外 ， 该公司原型电池的能量密度约为300Wh/kg 。 目前 ， 商用锂离子电池的最大能量密度为250wh/kg 。
Wachsman和马里兰大学能源创新研究所（UniversityofMarylandEnergyInnovationInstitute）的研究人员 ， 利用名为流延成型（tapecasting）的传统陶瓷制造技术 ， 构建电解质结构 ， 并进行高温烧结 。 研究团队之所以选择氧化物基陶瓷 ， 而不是硫化物基陶瓷或玻璃、塑料电解质 ， 是因为在最大电压范围内 ， 氧化物运行状况良好 ， 而且可以与锂金属负极和各类正极兼容 。
目前 ， 该公司正在其试点生产线上生产原型电池 ， 现在已有几家客户有意合作 。 Wachsman称 ， 如果进行大规模商业化生产 ， 电池的成本能满足美国能源部$100/kWh的要求 。


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