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固態電池具有極高的安全性能,并且能和鋰金屬耦合防止枝晶的產生,有望能夠大幅提升當前電池的能量密度。近年來,固態電解質在學術界和產業界都收到了廣泛的關注,特別是硫化物固態電解質有望率先實現全固態電池,國內各大電池公司也都在招兵買馬,開發硫化物固態電池,希望在這一科技競賽中脫穎而出。

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2021年5月12日,哈佛大學李鑫教授在Nature上發表文章,報道了一種三明治結構的固態電解質,以實現無鋰枝晶滲透的超高電流密度。Li10Ge1P2S12 (LGPS)是對鋰金屬不穩定的,在配合鋰金屬使用時需要進行負極保護,而Li5.5PS4.5Cl1.5 (LPSCl)對鋰金屬要更加穩定,但是對稱電池的循環時間不長,仍會有枝晶產生。作者提出將這兩種硫化物固態電解質結合起來,形成三明治結構,為LPSCl-LGPS-LPSCl(如下圖)。

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由于中間的LGPS層是對鋰枝晶不穩定的,所以能夠在電解質層中與鋰枝晶反應來防止鋰枝晶的穿透。作者提出了一種類似于膨脹螺釘效應的機制,即任何裂紋都由動態生成的分解產物填充,這些分解也受到很好的約束。

在這種策略下,鋰金屬陽極與LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2陰極的循環性能非常穩定,以20 C倍率(8.6 mA cm-2)進行10,000個循環后,保持82%的容量,以1.5 C倍率(0.64 mA cm-2)在2000個周期后,容量保留率為81.3%。同時,在微米級正極材料水平還能實現110.6 kW/kg的比功率和631.1 Wh/kg的比能量。

然而,故事到這里并沒有結束。

從以上的數據來看,這種電解質策略是非常有效的,20 C意味著電池能在3分鐘充滿,如果能夠應用的話,能夠徹底解決電動汽車的續航焦慮。那么,何不將其推向市場?

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2021年,李鑫教授和其他的創始人一起創建了公司Adden Energy,并于2022年初獲得了Primavera Capital Group、Rhapsody Partners和MassVentures的第一輪風險投資,金額為515萬美元(折合約3564萬人民幣)。其他創始人有的是李鑫教授的學生,為技術發展做出了貢獻,還有的是外部引入的投資人。

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這家初創公司的目標是將電池擴展到手掌大小的軟包電池,然后在未來三到五年內向上擴展到全尺寸的車載電池。李鑫說:“如果你想實現車輛電動化,固態電池是必經之路。”“我們將這項技術商業化,因為我們確認我們的技術與其他固態電池相比是獨一無二的。我們在實驗室的電池壽命內實現了5000到10000個充電周期,而現在即使是同類中最好的也只有2000到3000個充電周期我們沒有看到放大這項技術的任何限制。這可能會改變游戲規則。”

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Adden Energy首席執行官Fitzhugh指出,2019年,美國29%的二氧化碳排放來自交通運輸。他說:“車輛完全電氣化是我們應對氣候變化所能采取的最有意義的步驟之一。”“然而,電動汽車的廣泛應用需要能夠滿足消費者多樣化需求的電池。例如,37%的美國人家里沒有車庫,所以在家過夜充電是不可能的。為了實現電動化,電動汽車需要在與內燃機汽車相當的時間內進行充電,基本上就是在加油站停留的時間。”

Fred Hu說“氣候變化是世界面臨的決定性挑戰。現在比以往任何時候都更重要的是加快向清潔能源和零排放交通的過渡,Adden Energy的使命是開發尖端電池技術,從而實現電動汽車的大規模普及,并為更綠色、更可持續的全球經濟做出貢獻。”

相關鏈接

https://www.addenenergy.com
https://www.seas.harvard.edu/news/2022/09/fast-charging-over-10000-cycles-future-electric-vehicles-harvard-engineers-solid-state

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