锂金属电池为用户提供了替代方案

密歇根大学研究人员的一项研究发现，锂金属电池的容量可以是当今标准锂离子电池的两倍，可以利用目前的电池制造系统来制造，这为汽车制造商消除了一个主要障碍，希望拥抱电动汽车储能技术的下一个重大发展。

锂离子长期以来一直是各种消费设备供电的标准，近年来，它已成为电动汽车的首选电源。就能储存的能量而言，这项技术已接近巅峰。它也以引起船上火灾而闻名。

“无阳极”锂金属电池可能为电动汽车提供电池技术的下一个飞跃，电动汽车正在越来越多地取代内燃机汽车和卡车。最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的新生产技术，为汽车制造商带来了潜在的成本节约。

一组密歇根大学由Jeff Sakamoto领导的研究人员使用了一种被称为LLZO的固态电解质，它取代了商业电池中的液体电解质。

然而，金属锂反应性弱，很难处理和集成到电池中，特别是使用最先进的制造设备。密歇根大学的团队已经找到了一种变通方法，基本上可以让电池自己制造。他们的方法利用了普通正极材料中已经包含的锂。当电池第一次充电时，电池阴极一侧的锂离子被提取并移动到电池的阳极一侧——有效地合成了一个锂金属阳极。

“因为我们可以使用电化学使电池“构建”自己的锂金属阳极，我们可以完全省去制造过程中的这一步。因此，我们可以制造最初“无阳极”的电池，坂本说。

锂电池的过去和未来

在20世纪80年代，使用液态电解质的可充电锂金属电池被认为是下一个大事件，在早期的便携式手机中渗透了市场。但它们在充电时容易燃烧的倾向导致工程师们朝着不同的方向发展。穿梭于电极之间的锂原子倾向于在电极表面形成树状的细丝，称为枝晶，最终使电池短路并点燃易燃电解质。

锂离子电池——一种更稳定，但能量密度更低的技术——于1991年问世，并成为新的标准。

通过从锂离子的三组分配方中去除一种关键成分——阳极，U-M的生产方法有可能降低制造成本。事实上，这一过程可以用现有的锂离子电池制造来完成，这意味着电动汽车制造商可以采用U-M的技术，而不必完全更换他们的设备。

Sakamoto说:“已经有很多资本投资进入了锂离子电池。”“因此，如果要考虑用一种新型电池取代现有的锂离子电池，这需要一种完全不同的制造方法，而且必须投入更多的资金。

“要想取代现有的电池技术，需要在性能、安全性和成本方面进行大幅改进;不过好景不长。在这项研究中，我们专注于通过简化使用圣杯阳极-金属锂的电池制造过程来降低成本。我们希望这项工作的结果能够大幅降低电池成本，使电动汽车的成本与内燃机动力汽车相当。当这种情况发生时，电动汽车的广泛采用有望很快到来。”

这种潜在的成本节约也可以惠及消费者和政府。更广泛采用电动汽车的主要障碍之一是目前美国各地充电站数量不足

汽车交通量不高的地区不太可能提供这么多充电选择，这使得它们不那么受电动汽车的欢迎，并引发业内所谓的“里程焦虑”。通过将电动汽车一次充电的行驶里程提高一倍，密歇根大学的电池技术可以通过减少所需充电站的数量来缓解人们的焦虑。

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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