加州大学圣迭戈分校的一个工程师团队发明了一种新型电池,它将两个有前途的子领域结合在一起。他们使用固态电解质和全硅阳极来生产硅全固态电池。最初的几轮测试表明,新电池安全、耐用、能量密集。

“有了这种电池配置,我们为使用合金阳极(如硅)的固态电池开辟了一个新领域,”可持续材料和能源实验室项目负责人达伦·谭博士说。Tan曾与LG能源在该项目上合作,最近还与一家名为UNIGRID Battery的初创公司合作,该公司已获得该技术的授权。

“硅阳极以其能量密度而闻名,它的能量密度是现今商用锂离子电池中最常用的石墨阳极的10倍,”Tan解释道。“另一方面,硅阳极因其在电池充电和放电时的膨胀和收缩,以及在液体电解质下的降解而臭名昭著。这些挑战使得商用锂离子电池无法使用全硅阳极,尽管其能量密度非常诱人。

“下一代高能量密度固态电池一直依赖于金属锂作为阳极,”Tan指出。但是,这就限制了电池的充电率,并且在充电时需要提高温度(通常是60摄氏度或更高)。硅阳极克服了这些限制,在室温至低温条件下可以实现更快的充电速率,同时保持较高的能量密度。”

Tan和他的同事展示了一种实验室规模的全电池,它可以进行500次充放电循环,在室温下保持80%的容量。

几十年来,电池制造商一直将硅作为一种能量密度高的材料,用于混合或完全替代锂离子电池中的传统石墨阳极。理论上,硅的存储容量大约是石墨的10倍。

然而,在实践中,在阳极上添加硅的锂离子电池通常会遇到现实世界中的性能问题。特别是电池在保持性能的同时能够充放电的次数不够高。

“大部分的问题是由硅阳极和与之配对的液体电解质之间的相互作用引起的,”Tan说。“由于充放电过程中硅颗粒的体积膨胀,情况变得复杂。随着时间的推移,这将导致严重的产能损失。”

Tan和他的同事们消除了碳和通常用于全硅阳极的粘合剂。此外,他们还使用了比纳米硅更便宜的微硅。除了从阳极上去除所有的碳和粘合剂,工程师们还去除了液体电解质。相反,他们使用了硫化物基固体电解质。

“固态硅方法克服了传统电池的许多限制,”Tan说。“这为我们提供了令人兴奋的机遇,以满足市场对更高容量能源、更低成本和更安全的电池的需求。”

新技术赋予自动驾驶汽车“x光视觉”

澳大利亚工程师开发了一种系统,可以让自动驾驶汽车跟踪隐藏在建筑物后面的行人,以及被汽车、卡车或公共汽车遮挡的自行车。该技术通过x射线式的视觉穿透行人盲点,使车辆能够打破车载感知传感器的物理和实际限制,提高感知质量和鲁棒性。

悉尼大学航空航天、机械和机电工程学院荣誉退休教授Eduardo Nebot博士表示:“这对人类驾驶和自动驾驶汽车来说都是一个重大变革,我们希望这将极大地提高道路运输的效率和安全性。”他与澳大利亚野外机器人中心、Cohda无线和iMOVE合作研究中心共同进行了这项研究。

Nebot解释说:“利用集体感知,连接的车辆能够跟踪被建筑物视觉障碍的行人。”“这比其本地感知传感器或司机可能看到拐角处的同一行人早几秒钟实现,为司机或导航堆栈提供了额外的时间来应对这种安全隐患。”

利用路边智能交通系统(ITS)站,车辆可以通过V2X (vehicle-to-X)通信与他人分享“看到的”。该系统允许车辆进入不同的视点,显著增加了车辆的感知范围。

根据Nebot的说法,这项技术将惠及所有的车辆,而不仅仅是那些连接到这样一个系统的车辆。这些正在被Cohda商业化的应用涉及到一种名为合作或集体感知(CP)的新兴ITS技术。

Nebot和他的同事进行的另一项实验展示了集体感知是如何让车辆安全地与步行的行人互动的,车辆的反应基于路边ITS站提供的感知信息。这个为期三年的项目还展示了一辆联网车辆在与一个冲向指定路口的行人互动时的预期行为。

Nebot说:“使用ITS系统,联网的自动驾驶汽车能够采取先发制人的行动:根据行人的预测运动,在行人过街区域前刹车和停车。”

Nebot解释说:“行人跟踪、预测、路径规划和决策都是基于ITS路边站接收到的感知信息。”“集体感知使智能汽车能够打破车载感知传感器的物理和实际限制。

Nebot补充说:“(我们的)研究证实,在许多交通场景中,使用CP可以提高脆弱道路用户的意识和安全意识。”

高效镁充电电池向现实又迈进了一步

以高容量镁为负极材料的镁二次电池具有能量密度高、安全性好、成本低等优点,有望成为下一代电池的理想材料。然而,高性能正极材料的缺乏阻碍了其发展。

为了解决这个问题,日本东北大学(Tohoku University)的工程师们开发出了液体硫、硫化物复合阴极,这种阴极可以制造高速率的镁电池。在150℃的离子液体电解液中,用硫化铁等金属硫化物进行电化学氧化,可自发制备出具有较高容量、电位、循环性能和速率性能的复合材料。

日本东北大学材料与能源助理教授Kohei Shimokawa说:“和锂离子电池一样,过渡金属氧化物是mrb的主要阴极材料。”“然而,镁离子在氧化物中的缓慢扩散带来了一个严重的问题。为了克服这个问题,一些研究人员探索了硫基材料。但是,用于mrb的硫基阴极有严重的局限性,例如导电率低。

Shimokawa声称:“我们的材料允许阴极性能稳定超过50个循环。”这种高循环性可以归因于液态活性物质的高结构可逆性和多硫化物在离子液体电解质中的低溶解度。

尽管取得了进展,Shimokawa说,仍然存在一些问题。他指出:“我们需要与阴极和阳极材料兼容的电解质,因为这项工作中使用的离子液体可以钝化镁金属阳极。”“未来,(我们希望)开发新的电化学稳定的电解质,使mrb在下一代电池中得到更广泛的应用。”