最近，位于杭州的白馬湖實(shí)驗(yàn)室傳出消息：研究團(tuán)隊(duì)用硼化物電解質(zhì)造出了一款固態(tài)電池，能在零下20℃到120℃的溫度范圍里穩(wěn)定工作。裝上它，無人機(jī)的續(xù)航有望翻兩倍還多。
“我們平時(shí)用的手機(jī)、開的電車，都是用液態(tài)鋰電池。在低溫狀態(tài)下，比如北方的冬季，續(xù)航可能會(huì)大幅下降。”白馬湖實(shí)驗(yàn)室副總經(jīng)理孫士恩介紹，“用固態(tài)電解質(zhì)替換液態(tài)電解液，就是要從根源優(yōu)化電池安全和續(xù)航性能。”
不過，固體和固體之間的離子傳導(dǎo)效率比液體低得多，為了讓離子能順利通過，行業(yè)通常得在電解質(zhì)和電極之間施加40兆帕以上的外部壓力，但放在手機(jī)、智能穿戴這些追求輕量化的設(shè)備里，并不現(xiàn)實(shí)。
白馬湖團(tuán)隊(duì)決定換個(gè)方向突圍。目前，行業(yè)主流大都盯著硫化物電解質(zhì)，他們偏偏選了硼化物。孫士恩解釋，硫化物電導(dǎo)率確實(shí)高，但“性子”不穩(wěn)，遇到濕氣可能產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體；而硼化物的電阻低、熱穩(wěn)定性更好，綜合性能相對(duì)均衡。此外，硼化物的儲(chǔ)量豐富，獲取便捷、成本更低，將來更適合商業(yè)化推廣。
選材料只是第一步。為了找到最佳配方，2024年4月，白馬湖實(shí)驗(yàn)室組建一支固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)，一方面開展上萬(wàn)次試驗(yàn)，確定基礎(chǔ)配方體系。另一方面，創(chuàng)新內(nèi)部結(jié)構(gòu)，把負(fù)極和電解質(zhì)層“粘”在一起，最終把外部壓力降到5兆帕以下。團(tuán)隊(duì)已累計(jì)取得40余項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，搭建起涵蓋材料、配方、電極、電芯等全鏈條專利體系。
另一個(gè)行業(yè)公認(rèn)的“老大難”是鋰枝晶——電池用久了，負(fù)極材料表面會(huì)長(zhǎng)出樹枝狀的金屬鋰晶體，容易刺穿電池，引發(fā)短路。團(tuán)隊(duì)借著硼化物獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，引導(dǎo)鋰離子在表面均勻沉積，再配合負(fù)極改性工藝，有效抑制鋰枝晶生成。
如今，研發(fā)成果亮眼：這款硼化物固態(tài)電池的能量密度達(dá)到400瓦時(shí)/公斤，循環(huán)充放電超過2000次，按照正常速度能把九成以上的電量放出來。今年初，團(tuán)隊(duì)成功試制20安時(shí)的大容量電芯——同等體積下，這款電芯可以有效提升無人機(jī)30%至40%的續(xù)航時(shí)間。
這么“抗造”的電池能用在哪？團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)了三種場(chǎng)景：低空無人機(jī)、具身智能星空機(jī)器人、高端3C產(chǎn)品，尤其是星空機(jī)器人可能在工廠、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)等極端環(huán)境下工作，高安全、長(zhǎng)續(xù)航是剛需。
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