通用汽车为何押注少人问津的锂金属电池?

2021-03-16 14:06:40 来源:EETOP
虽然大多数电动汽车制造商正在优化现有的锂离子解决方案,但通用汽车已将锂金属电池用于下一代电动汽车

由于电动汽车的行驶范围有限,这是电动车不能被广泛采用的主要障碍之一。

汽车制造商和研究人员常常寻求三种解决方案来解决里程问题:节能汽车系统、改进的电池充电技术,或更大容量的电池。 

目前市场上一些主流电动车的续航里程(单位:英里)

锂金属电池与锂离子电池

所谓锂金属电池,是脱胎于麻省理工学院的SolidEngergy开发,这一技术能将当前锂电池的体积缩小一半,可以用于电动汽车

锂金属电池的工作原理与锂离子电池类似。 

在锂离子电池中,阳极和阴极被一个用电解液 "润湿 "的分离器隔开,以促进锂离子在阳极和阴极之间的移动。分离器将阳极和阴极隔离,防止短路,同时只允许锂离子通过电解液。这就产生了一个功能性电流。。

在锂离子电池中,阳极通常由石墨制成,而阴极则由钴酸锂组成。 

锂离子工作原理 

锂金属电池的工作方式相同,但它们使用高能锂金属代替了石墨阳极。

根据华盛顿州立大学的研究人员,锂金属被认为是电池的“梦想材料”,因为所有已知的固体材料都具有最高的能量密度。实际上,锂金属电池每磅可比锂离子电池多存储至少33%的电量,从而可生产出容量更大,重量更轻的电池。  

锂金属电池面临的挑战

虽然锂金属听起来像是电动汽车开发者的明确选择,但对电池安全性的担忧一直是主要的限制。 

在阳极和阴极之间传递锂离子时,锂金属电池更容易产生树枝状晶体-在锂金属上形成的固体,针状结构。如果任其发展,树枝状晶体最终将刺穿阴极,使电池短路,并有燃烧电池电解液的危险。 

枝晶的形成会刺穿阴极,导致短路 

即使电池不着火,树枝状晶体也会增加自放电,这意味着锂金属电池会失去长时间存储电荷的能力。由于这些缺点,制造商大多放弃了这种电池类型,而选择了更老的表弟锂离子电池。

但是,随着近年来对锂金属电池的更多研究和投资,该技术似乎正在卷土重来。  

通用汽车押宝锂金属 

为提升电动车的续航里程,通用汽车押注于锂金属电池来在提升电池容量上下功夫。

通用汽车总裁 Mark Reuss近日在虚拟会议中宣布,通用将在下一代电池中使用锂金属技术,并与电池创企SolidEnergySystems(SES)展开合作,共同开发和生产下一代电池。通用汽车原本也是2015年SES的早期投资者。

SES公司研究开发和制造实际上可以安全使用的锂金属电池的新方法。现在,两家公司已经宣布了一项联合开发协议,其中一部分涉及在马萨诸塞州沃本市建立制造原型生产线的计划。 

通用汽车锂金属电池的原型

尽管大多数信息仍处于保密状态,但两家公司都将自己的锂金属IP摆在桌面上,仅通用汽车一家公司就拥有49项专利,正在等待45项正在申请中的专利。通用汽车声称已经开发出了带有保护阳极的锂金属电池,该锂电池已经在研究设施中完成了超过15万英里的测试

通用表示,与当前锂离子化学技术相比,锂金属化学技术将会产生更大的能量密度。这意味着在相同尺寸电池组的基础上提高了续航里程,从而节省了电动车的空间和重量。

市场对锂金属电池的评价称,“锂金属电池”技术是一项工程突破,它将大大改善电池性能,增强电池的电量持久力,大幅改观电力存储的经济效益,促进消费类电子产品的升级转型,对人类生活具有重大意义。

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