中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，美國(guó)航空航天局（NASA）公布了其研發(fā)的固態(tài)電池新成果，NASA官網(wǎng)介紹，該電池能量密度達(dá)到了500Wh/kg，是當(dāng)下最好的動(dòng)力電池能量密度的兩倍，而且比普遍用于電動(dòng)汽車的電池更輕便、更安全。
NASA的固態(tài)電池研究始于2021年4月，當(dāng)時(shí)NASA宣布其改進(jìn)固態(tài)電池充電效率和安全性項(xiàng)目（Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety，“SABERS”）部門將為電動(dòng)飛機(jī)研發(fā)固態(tài)電池。SABERS在克利夫蘭的格倫研究中心開展研究，并與佐治亞理工學(xué)院、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員展開合作。SABERS的首席研究員羅科·維吉亞諾表示，“我們開始接近這個(gè)電池研究的新前沿，相比鋰離子電池，固態(tài)電池有更多的東西可以去做�！盢ASA的融合航空解決方案項(xiàng)目支持SABERS研究人員對(duì)固態(tài)電池進(jìn)行調(diào)研及持續(xù)開發(fā)。
1、運(yùn)用新材料
NASA介紹說，電池就像水桶，其容量是桶的容量，而它的功率是桶的排空速度。如果為一架電動(dòng)飛機(jī)提供動(dòng)力，電池必須以極快的速度釋放能量。為了提升電池性能，SABERS研究人員在電池材料上進(jìn)行了創(chuàng)新。
NASA固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
（圖片來源：NASA）
據(jù)了解，NASA的固態(tài)電池為硫硒電池，SABERS設(shè)計(jì)的電池由鋰金屬陽(yáng)極、SE和硫/硒（S/Se）陰極組成。電池還利用了NASA此前研發(fā)的“多孔石墨烯”材料，S/Se陰極集成了NASA開發(fā)的“多孔石墨烯”和S/Se粒子。據(jù)研究人員介紹，多孔石墨烯活性物質(zhì)含量高達(dá)90wt%，也有高面積容量，生產(chǎn)過程比較簡(jiǎn)單，一步完成，無需混合，廣泛適用于S、Se、SexSy、Li2S等材料體系的固態(tài)電池。添加多孔石墨烯后電池的初始放電容量顯著提高，多孔石墨烯在材料表面結(jié)合了孔洞，從而減輕了電池重量并提高了導(dǎo)電性。此外，該電池還有超高質(zhì)量負(fù)荷（>10mg/cm2）的特點(diǎn)。
2、采用新的結(jié)構(gòu)及包裝設(shè)計(jì)
除了新材料的創(chuàng)新，SABERS團(tuán)隊(duì)還采用了新的電池結(jié)構(gòu)及包裝設(shè)計(jì)，這使得電池的本身重量得以減輕，并增加能夠儲(chǔ)存的能量。與將單獨(dú)包裝的電池連接起來的普通電池不同的是，SABERS的電池是將所有的電池垂直地堆放在一個(gè)外殼內(nèi)。通過這種設(shè)計(jì)，SABERS已經(jīng)證明了固態(tài)電池的能量密度可達(dá)500Wh/kg，是現(xiàn)代電動(dòng)汽車電池的兩倍多。目前，特斯拉4680電池的單體能量密度約300Wh/kg，電池組能量密度為217Wh/kg。寧德時(shí)代發(fā)布的第三代CTP麒麟電池，能量密度為255Wh/kg。
SABERS的研究人員表示，“這種設(shè)計(jì)不僅減少了30%至40%的電池重量，而且還使我們能夠?qū)⑺軆?chǔ)存的能量增加一倍甚至兩倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前最先進(jìn)的鋰離子電池的能力�！�
未來的電動(dòng)飛機(jī)設(shè)計(jì)
（圖片來源：NASA）
固態(tài)電池在發(fā)生故障時(shí)不會(huì)起火，并且在損壞時(shí)仍能運(yùn)行，這使它們?cè)诤娇疹I(lǐng)域的使用具有吸引力。SABERS的研究人員已經(jīng)在不同的壓力和溫度下測(cè)試了他們的電池，并發(fā)現(xiàn)它可以在幾乎是鋰離子電池兩倍的溫度下運(yùn)行，而不需要那么多冷卻技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)在更高的溫度和壓力下進(jìn)行測(cè)試，推動(dòng)技術(shù)的極限。
總體來看，相比傳統(tǒng)鋰電池而言，NASA的固態(tài)電池具有體積更小、能量密度更高、重量更輕、承受高溫能力更強(qiáng)，以及在受到?jīng)_擊之后仍可以繼續(xù)使用等特點(diǎn)。
針對(duì)NASA固態(tài)電池公布的材料，國(guó)內(nèi)一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，NASA的固態(tài)電池有創(chuàng)新點(diǎn)，在固態(tài)電池的研發(fā)過程中，有些機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室樣品參數(shù)也很亮麗，這些樣品的關(guān)鍵在產(chǎn)業(yè)化過程，產(chǎn)業(yè)化不僅要考慮固態(tài)電池本身的性能，還要考慮成本，以及實(shí)現(xiàn)工藝的難易程度。
參考來源：全球儲(chǔ)能網(wǎng)、智通財(cái)經(jīng)、中國(guó)汽車報(bào)網(wǎng)、IT之家
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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