新型电池技术解决手机的续航和电动汽车的里程问题？

电池行业已经多年没有长足进步了。智能手机技术日新月异，电动汽车越来越流行，但受制于锂电池有限的容量，手机的续航和电动汽车的里程仍然是摆在人们面前的尴尬问题。行业在等待一项全新的技术解救他们。

　　你可能想到了石墨烯，或者氢燃料电池？并非如此，就目前来看，另一种名为全固态电池 (all-solid-state battery) 的技术会更快地解救电池工业。得克萨斯大学奥斯丁分校的科克雷尔工程学院今天宣布，该校的研究团队在全固态电芯技术上取得了重要的突破：他们发明了一种低成本、非燃烧，在能量密度、充放效率等指标上十分卓越的全固态电池。据该校称，在实验室测试中新电池的能量密度达到了现有锂离子电池的三倍之多！

　　这次，锂离子电池的共同发明者，已经 94 岁高龄的约翰·古德诺夫 (John Goodenough) 老先生再度出山，为电池行业贡献了重大突破，这个团队由他和同事玛利亚·布拉加共同领导。古德诺夫教授 1979 年发现将钴酸锂用作电极，可以显著提升锂电池的能量密度，他的诸多发现成为了后来锂电池工业的奠基。他于 1986 年加入得克萨斯大学奥斯丁分校，任教和进行科研至今。

　　目前，绝大多数的电池都属于液态电池（电解液）。但液态电池使用起来仍有缺陷，比如出现涨包现象、多次充放后电量降低等现象，而且若不严格按照额定电压电流充电的话，电解液会发生“金属晶须”(metal-whiskers) 现象，导致电池短路甚至起火爆炸。

　　而固态电池顾名思义，采用的是固态电解质。古德诺夫团队的核心科技是一种采用碱金属（主要是纳和锂）制成的玻璃状固态电解质。在实验室中，新电池能在 1200 个充放循环之后只出现极小的损耗，环境容忍度也很好，能够在 60℃ 到零下 20℃ 的温度下工作——如果用到手机上，iPhone 大概再也不会在冬天自动关机了吧？

　　但目前来看，新电芯最先应用的场景应该还是电动汽车和工业级储能设备。“想要普及电动汽车，电池的成本、安全、能量密度、充放效率和循环寿命十分重要。我们相信，这个新发现将解决很多当前电池无法解决的问题。”古德诺夫说。

　　该校授权部技术商业化项目主任莱斯·尼克尔斯 (Les Nichols) 对 PingWest品玩表示，新电芯完全由校内团队自主研发，已在实验室中证实了可行性，并且准备好投入到原型产品开发当中。

　　其实，固态电池技术早已诞生，但在过去因为大批量生产的成本太高，一直被行业所搁置。同样，古德诺夫的新突破还未达到实际投产的程度，剩下的难题则需要该校和工业界共同攻克。好消息是，该校已经在申请专利，并计划将技术授权给电池生产商。尼克尔斯估计在 18-24 个月之内，人们就能用上新的全固态电池。最先问市的产品形态可能是纽扣电池，不久后则会有更多的形态。

　　在消费电子业界，2015 年，苹果申请了自己的全固态电池专利；在汽车和动力方面，丰田、大众和博世都在研究全固态电池。看来在燃料电池尺寸变得足够小，石墨烯电池真的问市之前，全固态应该是电池工业的唯一希望了。

据中国宁波网报道，经过五年努力，由中国科学院宁波材料技术与工程研究所牵头承担的纳米先导专项“全固态电池”课题日前通过验收。据介绍，这一技术突破将进一步推动国内全固态锂电池的规模应用，有望让新能源汽车续航更久，更安全。

据了解，纳米先导专项“全固态电池”课题，由中国科学院宁波材料技术与工程研究所牵头承担，参与单位包括中国科学院物理研究所和中国科学院大连化学物理研究所。

团队主要开发了一系列高性能固态电解质材料、基于原位固态化的混合固液电解质电芯以及全固态锂电池单体，突破了从材料研发到电池集成的相关技术。

此前，固态电池在产业化过程中面临一些现实困难，比如，金属锂与固体电解质的兼容性较差，影响金属锂负极材料性能发挥。眼下，这一科技成果已经走出实验室，迈入了“产业门”。

自带防过充功能

新的固体锂电池还自带防过充电功能，因为电池中的化学反应会通过负反馈自我调节，当电充满时，反应自动停止。传统电池若过充电，将对电池造成不可逆地损害，甚至爆炸。但是固体锂电池在实验中连续充电15天，充电电量百倍于电池容量，但是电池毫发无损。

在充放电实验中，固体锂电池充放电120次，容量只损失2%，这意味着远远超过了传统锂-空气电池的寿命。由于固体锂电池无需辅助的空气净化系统，因此它能便捷地应用于电动汽车，甚至是电网级储能站。

由于固态氧阴极比锂离子电池的阴极轻得多，因此新的固体锂电池可以比同等重量的锂离子电池储存多一倍的电量。随着技术的改进，新电池的电量还能再提高一倍。

新电池的更大优势在于它无需使用昂贵的稀有材料。该电池的碳酸盐电解质非常便宜。此外，二氧化钴玻璃比纳米锂颗粒轻50%。因此，与锂-空气电池比较，新电池非常便宜，安全，且有大规模应用的潜力。研究团队计划1年内完成实用原型的制造。

未参加该项目的俄勒冈州立大学副教授季旭磊(音译，XiuleiJi)表示，新型锂电池技术的性能相比于传统的锂-空气电池有重大进步。超氧化物溶质在碳酸盐电介质中工作得很好，完全无需氧气的介入。在充放电过程中，阴极材料都是固体，因此新电池的安装和使用很方便。