西班牙的研究團(tuán)隊(duì)使用激光技術(shù)設(shè)計(jì)下一代電池

生態(tài)友好，更便宜，具有更大的存儲(chǔ)容量和更長(zhǎng)的使用壽命：對(duì)未來(lái)的電池有很多要求。西班牙的研究團(tuán)隊(duì)使用激光技術(shù)設(shè)計(jì)下一代電池。

這些經(jīng)驗(yàn)豐富的鉛酸蓄電池以低成本運(yùn)行了大約一個(gè)世紀(jì)，似乎無(wú)法為我們這個(gè)時(shí)代的需求提供足夠的存儲(chǔ)容量。當(dāng)然，它們不是為電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)的。其他嘗試如Ni-Cd(鎳鎘)或Ni-MH(鎳金屬氫化物)已被證明太弱而無(wú)法推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)。

雖然在90年代早期的商業(yè)彈出中非常昂貴，但鋰離子(鋰離子)技術(shù)已經(jīng)變得合理，它現(xiàn)在可以滿足許多人的驅(qū)動(dòng)范圍需求。全球平均每日通勤距離低于50公里。然而，研究人員表示，必須調(diào)整成本和穩(wěn)定性等重要方面。

根據(jù)資助的項(xiàng)目Laser4Surf，科學(xué)家們正在解決其中一個(gè)參數(shù)，即鋰離子電池的穩(wěn)定性。“我們正在使用激光來(lái)改變集電器表面，這是電池組件之一，由金屬制成。這些改進(jìn)將提高電池的穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)其使用壽命，”物理學(xué)家MiguelÁngelMuñoz-Márquez博士解釋說(shuō)。西班牙阿拉瓦CIC energiGUNE高級(jí)接口分析負(fù)責(zé)人。

任何鋰離子電池(電池)兩端都有集電器。所述電極材料被澆鑄等在每個(gè)集電體漆; 它存儲(chǔ)鋰離子并在必要時(shí)在電池運(yùn)行期間釋放它們。從技術(shù)上講，激光在金屬表面上的作用允許電極更好地粘附到集電器上。這可以防止任何可能引發(fā)電極從集電器分層的不希望的反應(yīng)。

“這些改進(jìn)還可以提高高功率負(fù)載下的電池性能。使用激光器，我們希望增加集電器的有效表面，使其能夠在充電和放電過(guò)程中處理更多電子，”MiguelAngelMuñoz補(bǔ)充道。

目前生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)的鋰離子電池足夠強(qiáng)勁。根據(jù)制造公司的不同，汽車(chē)可以在200到500公里之間運(yùn)行，而無(wú)需為電池充電。主要問(wèn)題是可負(fù)擔(dān)性，因?yàn)殡姵氐某杀炯s為汽車(chē)成本的40%或50%。“這個(gè)數(shù)字可以通過(guò)改進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就像我們?cè)贚aser4Surf項(xiàng)目中所做的那樣，或者通過(guò)尋找更便宜的材料。如果找到延長(zhǎng)電池壽命的解決方案，即使它的價(jià)格更高，也會(huì)取得成功價(jià)格。電池持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，投資將得到回報(bào)，“穆尼奧斯說(shuō)。

該項(xiàng)目的另一個(gè)重要問(wèn)題涉及電池可持續(xù)性。在Laser4Surf中，研究人員跳過(guò)制造過(guò)程中的一個(gè)化學(xué)步驟：集電器的碳涂層。普通鋰離子電池上的碳涂層改善了集電器的性能，例如以確保集電器和電極之間更好的電接觸。“激光改變了集電器的表面，無(wú)需化學(xué)涂層。同時(shí)，激光雕刻改善了電氣和機(jī)械接觸，因此電池性能更好，”Muñoz解釋說(shuō)。

在第一次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試之后，MiguelAngelMuñoz對(duì)這項(xiàng)研究的未來(lái)充滿了希望：“在這個(gè)項(xiàng)目的后半部分，我們正在研究在涂裝線上開(kāi)發(fā)的原型，可以在我們中心的干燥室中使用。將具有手機(jī)電池的大致尺寸，并且所獲得的電池可被視為工業(yè)前試驗(yàn)。“ 下一步是說(shuō)服電池公司這些調(diào)查結(jié)果具有競(jìng)爭(zhēng)力。“該項(xiàng)目的目標(biāo)之一是建造能夠大規(guī)模修改銅表面的機(jī)器，因此將有一個(gè)前工業(yè)原型。如果一切順利，在不到十年的時(shí)間內(nèi)，我們將能夠生產(chǎn)它在工業(yè)規(guī)模上，“他補(bǔ)充道。

“改善活性材料與集電器之間的接觸非常重要，這是提高電池壽命和充電性能的一種非常好的方法，”德國(guó)烏爾姆Helmholtz研究所所長(zhǎng)Stefano Passerini教授和負(fù)責(zé)人表示。 “電源雜志”的編輯。他認(rèn)為激光可能是一項(xiàng)成功的技術(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)在成本較低。但是，應(yīng)計(jì)算收益/成本平衡，然后才能評(píng)估研究的有效性。

“應(yīng)該證明使用激光技術(shù)可以改善接觸的事實(shí)。我知道其他激光應(yīng)用，其中團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在電極上制作凹槽以增加電極厚度，即能量密度，同時(shí)保持良好這種組合對(duì)于能量存儲(chǔ)是有益的，但所有這些方法都需要在工業(yè)規(guī)模上得到證明，“Passerini說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)，除非實(shí)質(zhì)性改進(jìn)或節(jié)省大量成本，否則行業(yè)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能改變已建立的流程。明顯。

Muñoz認(rèn)為，盡管如此，這種研究可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的成本節(jié)約。任何突破都會(huì)對(duì)電池行業(yè)產(chǎn)生可衡量的影響，并有助于為實(shí)驗(yàn)室獲得更多資金，從而在這方面投入更多精力。

越來(lái)越多的科學(xué)團(tuán)體投入時(shí)間研究電池。“存在各種水平的研究。首先，有公司進(jìn)行的應(yīng)用研究。這類(lèi)研究的結(jié)果給項(xiàng)目的成功帶來(lái)短期影響和風(fēng)險(xiǎn)。其次，有基于漸進(jìn)式改進(jìn)的研究，簡(jiǎn)短中期影響，風(fēng)險(xiǎn)較高，通常由技術(shù)中心開(kāi)發(fā)。在這里，工作組試圖提高電池容量并降低成本。最后，有中長(zhǎng)期影響和高風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)研究，通常由研究中心或大學(xué)進(jìn)行。他們的結(jié)果可能帶來(lái)一場(chǎng)革命，一種范式的轉(zhuǎn)變。團(tuán)隊(duì)可以發(fā)現(xiàn)一種新型高性能鋰離子電池材料，一種新的生產(chǎn)方法，

對(duì)性能更好的電池的總體需求導(dǎo)致各種方式接近該主題，并且似乎比以往更需要不同級(jí)別的研究之間的協(xié)同作用。