“弹性”固态电池的宽度是白细胞的两倍，可以大大增加电动汽车的续航里程

美国科学家发明了一种用于电动汽车的电池，由于其独特的设计，它比我们现在拥有的电池更安全、性能更好。

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橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家开发出一种新型固态电池技术，可以使电动汽车的能量密度增加一倍。

电动汽车 (EV) 充电后的行驶距离（称为续航里程）在过去十年中一直呈稳定上升曲线，从 2010 年的 80 英里（129 公里）增加到 220 英里（220 英里）。 354 公里）2021 年。

但由于目前为电动汽车提供动力的液体电解质锂离子 (Li-ion) 电池的化学性质及其重量，它们的效率受到限制。 正如 2023 年热图中所解释的：“电动汽车中的锂离子电池组是现代电池技术的最先进......但它们的能量密度与汽油相比仍然相形见绌。因此，要让汽车有数百英里的行驶里程，就意味着要在汽车底部悬挂一个巨大而沉重的电池。”

不过，5 月 10 日发表在《ASC Energy Letters》杂志上的一项研究概述了固态电池的一项新进展，它可能会改变这一切。

它依靠柔性耐用的固态电极片来储存电力，这些电极片的厚度为 30 微米，大约相当于人类头发的宽度。科学家们在一份声明中表示，如果这项技术得到开发，可以将电动汽车电池的能量存储密度从目前的最大能量密度提高一倍至每公斤 500 瓦时。

固态的问题

固态电池并不是一个新想法，橡树岭国家实验室的研究人员曾在20世纪90年代为其创造和使用奠定了基础。多年来，它们一直以小型形式为起搏器、RFID 标签（例如商店中使用的防损标签）和可穿戴设备供电。

但在为电动汽车提供动力方面，它们的耐用性或可扩展性还不够。此外，目前大多数固态电池中使用的塑料聚合物的电导率低于液体电解质，这使得它们的性能较差。

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科学家们通过使用聚合物制造出“坚固而有弹性的薄膜”来克服这些问题，这种薄膜可以使固态电池具有更高的能量密度。科学家们在声明中表示，这不仅超过了目前最好的固态电池，也超过了液态锂离子技术。

这些薄片可以将负极和正极分开，防止短路，同时仍然为离子运动提供高传导路径。它还使用硫化物固态电解质，其导电率与锂离子电池中使用的液体电解质相似，因此具有相似的性能水平。

“我们希望尽量减少聚合物粘合剂，因为它不传导离子，”该研究的主要作者、橡树岭国家实验室的研发助理Guang Yang在声明中说道。 “粘合剂的唯一功能是将电解质颗粒锁定在薄膜中。使用更多的粘合剂可以提高薄膜的质量，但会降低离子传导性。相反，使用较少的粘合剂可以增强离子传导性，但会损害薄膜的质量。”

高性能、更安全的电动汽车电池

科学家们的下一步将是建造一种设备，使他们能够在实验室的实际电池条件下测试他们的发现。他们还将与学术界和工业界的研究人员合作开发更广泛的测试。

科学家们在声明中补充说，如果这项研究能够生产出新一代电动汽车电池，它不仅可以使电动汽车行驶里程更大，而且还可以使其更安全。

锂离子电池具有挥发性，虽然很少发生火灾，但它们具有剧毒且难以扑灭。据英国消防工程师协会 (IFE) 称，电动汽车火灾期间会产生 100 多种有机化学物质，包括致命的一氧化碳和氰化氢。

尽管如此，汽车制造商建议消防员不要试图扑灭大火，而是让火熄灭。据 IFE 称，部分原因是需要使用大量的水（大约每分钟 1,125 升），这会产生可能进入公共排水系统的危险径流。

此外，即使锂离子电池的火看似已被扑灭，它们也可能在“数小时、数天甚至数周”后重新点燃，不仅一次，而且多次。另一方面，橡树岭国家实验室开发的新技术具有非易失性，这意味着电动汽车在固态电池中使用该技术时不会存在此类风险。