固态电池技术取得重大突破，充电只需1分钟，能量密度为锂电池三倍
来源：宝鄂实业
2019-03-18 09:56
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据报道，电动汽车制造商菲斯克(Fisker)本周申请了一项固态电池专利，不仅可将电动汽车的续航能力提高到令人震惊的804公里，而且充电时间也缩减到短短1分钟。菲斯克公司计划在2018年1月推出这项新电池技术。
业内人士指出，特斯拉动力电池电芯全面升级为2170之后，电芯的比能量已经达到300wh/kg，再往上提升的难度已非常大。未来最好的出路是固态电池。固态电池的能量密度至少是当下传统锂电池的三倍，充电时间缩短的同时，续航里程更远，充放电次数更高（更耐用），真正进入市场应用后，将会给动力电池产业 带来颠覆性变化。工信部等四部委今年3月印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》明确提出，我国将加大投入研发固态电池等新的动力锂电体系。
传统的电子产品一般都是刚性的，无法被拉伸和弯曲，因此其应用范围也受到了限制。然而，柔性电子一改传统电子产品“僵硬”的形象，成为了电子产品前沿科技发展的一大重要趋势。凭借着可弯曲、可扭曲、可伸缩、低功耗、高舒适度、轻薄、耐用、便携等诸多优势，柔性电子技术与可穿戴技术等其他前沿技术交叉融合，为我们带来一系列应用，例如：智能手表、柔性显示器、智能织物、智能眼镜、皮肤贴片、传感器等。
然而，随着柔性可穿戴设备日益变多，这些产品的供电也成为了关键性问题。虽然笔者曾经介绍过一系列“无需电池”自供电技术，但是目前这些技术大多处于实验室阶段，离大规模商用尚有一段距离。然而，电池本身走向柔性化，也是解决这一问题的重要手段。笔者之前介绍过许多有关柔性电池的案例。例如，美国加州大学圣迭戈分校开发的可伸缩燃料电池可以从汗液中提取能量，为LED和蓝牙适配器之类的电子产品供电。
近日，美国哥伦比亚大学工学院应用物理和数学系材料科学和工程专业助理教授 Yuan Yang 领导的团队开发的原型产品能够应对这一挑战。这种锂离子电池形状有点像人体脊椎，无论如何弯曲和扭曲，它都具有显著的柔性、高能量密度、稳定的电压。这一研究的相关论文发表于《高级材料》（Advanced Materials）杂志。
Yang 的小组正探索研究电池材料的成分和结构从而实现高性能，他受到了仰卧起坐运动时人体脊椎的柔韧性启发。人体脊椎具有高度柔韧性、机械鲁棒性且可以扭曲，因为它含有了柔软的骨髓成分，并也可以与硬的椎骨部分互联。Yang 使用脊椎模型设计出一个具有相似结构的电池。其原型具有厚厚的刚性部分，可以通过将以薄薄的柔性部件（“骨髓”）缠绕电极（“椎骨”），将脊椎般的电极叠层连接到一起。他的原型设计让整个电池都具有了优异的柔性。
Yang 解释道：“因为刚性电极部件的体积显著大于柔性连接，这种柔性电池的能量密度高于标准商用电池的85%。因为整个结构中活性材料占有高比例，我们设计的这种脊椎般的电池显示出非常高的能量密度，高于任何我们所关注的其他报道中的柔性电池。因为我们受到生物启发进行了合理设计，所以这种电池也能够通过严苛的动态机械负荷测试。”
Yang 的团队将传统的正极/分离器/负极/分离器叠层剪成长条，让多个“分支”可以从“脊椎主干”上延伸出90度。然后，它们将每个分支沿着主干包裹，形成厚厚的叠层用于存储能量，就像脊椎中的脊椎骨一样。
无论如何弯曲或者扭曲，这种电池都显示出稳定的电压分布。同时多次循环后，电池仍具有稳定的容量。在循环之后，团队拆解了电池以检查电极材料的形态学变化。他们发现正电极完好无损，没有从铝箔上开裂或剥落的明显痕迹，从而确认了这项设计具有高机械稳定性。为了进一步展示这项设计的柔性，研究人员在放电期间持续地弯曲和扭曲电池，发现弯曲和扭曲都没有打破电压曲线。即使电池在整个放电期间持续地弯曲和扭曲，电压分布也保持完好。在弯曲状态下的电池也能以高电流密度循环，容量保持率相当高（三分之一小时内电量可达84%）。
陆盈盈之所以受关注，起因是2015年2月25日浙大校友会微信公众号发布了一条题为“浙江大学将现1988年教授、博导”消息，一经发出即被广泛转载。就在不少人惊讶于陆盈盈如此年轻就能在国内一流高校任职教授和博导的同时，一些质疑的声音也随之而来。陆盈盈之所以引起舆论关注。
完成学业后，为何选择回国？陆盈盈表示：理由很简单，因为我中国人，国内做科研就是一件再适合不过的事。唯有回来，别无他念。出世在这里，生长在这里，这里就是家，根。一个国家强大不强大，能不能往前走，需要每一个人尽自己的一份力。而我所能为国家做的事，就是回来做好科研工作，让我国家在新能源领域有所发展。
浙江大学有关部门向澎湃新闻透露，回国后，陆盈盈一直在浙江大学化学工程联合国家重点实验室做科研，带领14人的团队主攻锂电池等能源化工资料、锂电池平安问题、高能量大功率储能器件等方向。目前，该团队研究出了能量密度提高三四倍的金属锂电池，这款电池实验室阶段的技术已经幼稚，规模产业化还需要一定时间，目前他正在做这方面的努力。这意味着，现在使用一天就要充电的智能手机，如果用他研发的电池可以用三到四天。与此同时，电池的充电速度也会比现在快几倍。
