研究人员正努力在电池技术上取得下一个突破,使电动汽车更耐用,更便宜地批量生产。麻省理工学院的一组工程师认为他们找到了解决方案。

世界各地的研究人员正竞相在电池技术方面取得下一个重大突破,使电动汽车的性能更强劲,量产成本更低。麻省理工学院(MIT)的一组工程师相信他们找到了难以捉摸的解决方案。

材料科学与工程教授Yet-Ming Chiang和他的同事一直在开发一种半固态流体电池。它采用了一种全新的方法,为现有技术(如锂离子)提供了一种轻量化和廉价的替代品。

这种新型电池采用了一种被称为半固态流动电池的创新结构,在这种结构中,固体颗粒悬浮在载体液体中,并被泵送通过系统。在这种设计中,电池的活性部件——正极和负极,或阴极和阳极——是由悬浮在液体电解质中的粒子组成的。

这两种不同的悬浮液被泵送通过由过滤器(如薄多孔膜)隔开的系统。蒋声称:“这项技术可以让这种电池像给传统汽车加油一样快捷简单。”蒋指出:“新设计的一个重要特点是,它将电池的两种功能分离开来,一种是在需要的时候储存能量,另一种是在需要的时候放电。”“在传统电池中,存储和放电都在相同的结构中进行。分离这些功能意味着电池可以设计得更高效。”

麻省理工学院的新设计应该能够将整个电池系统的尺寸和成本(包括所有结构支撑和连接器)降低到目前水平的一半左右。蒋表示,这种大幅削减可能是使电动汽车完全与传统汽油或柴油动力汽车竞争的关键。

除了在汽车上的潜在应用,这种新的电池系统还可以以低成本扩大到非常大的尺寸。蒋说:“这将使它特别适合用于大型公用事业的电力存储,可能使间歇性、不可预测的能源,如风能和太阳能,成为供电电网的实用能源。”“然而,半固态流体电池可能永远不会适用于较小的应用,如电动工具,在那里需要非常高的功率短脉冲。”

流体电池已经存在一段时间了,但它们通常使用的是能量密度非常低的液体。正因为如此,现有的流体电池比燃料电池占用更多的空间,需要快速泵送其流体,进一步降低了其效率。由蒋和他的同事首创的半固体流电池克服了这一限制,其能量密度比目前的液体流电池提高了10倍,而且制造成本比传统的锂离子电池低。因为这种材料有很高的能量密度,它不需要快速泵浦来传递它的能量。

在几名麻省理工学院学生和另一位材料科学与工程系教授的陪同下,蒋开始“重新发明可充电电池”。但是,他们提出的设备有可能是一个全新的电池系统系列,因为它的设计架构“与任何特定的化学成分无关”。

蒋和他的同事们现在正在探索不同的化学组合,可以用于半固体流动系统。蒋说:“我们会弄清楚今天可以实际开发什么。”“但是,随着更好的材料出现,我们可以让它们适应这种建筑。”

该团队正在进行的工作的目标是在未来三年内“有一个完整的功能,缩小规模的原型系统,准备用于设计生产,以替代现有的电动汽车电池”。

10年前,蒋对锂离子电池的研究促成了麻省理工学院(MIT)旗下A123系统公司(A123 Systems Inc.)的成立。这种新的半固态流动技术已授权给一家名为24M Technologies Inc的初创公司。