使用一种新的自动化方法,快速制造和测试成千上万的蓄电池单元(battery cells),这家公司就是野猫发现技术公司(Wildcat Discovery Technologies),这是家新创公司,在加利福尼亚州(California)圣迭戈(San Diego),这家公司已经开发了一些新材料,可以增加锂离子电池的存储容量,这些电池用于汽车和便携式电子产品,容量增幅超过25%。
一些电池就是基于这些新材料,可延长电动车辆的行程,或者使汽车制造商保持相同的行程,但使用较少的蓄电池单元,从而降低电池组的成本,这是电动汽车最昂贵的部分。现在仍然需要做一些工作,以提高新材料的耐久性,但结果验证了野猫公司的高通量筛选技术(high-throughput screening technique),使研究人员能够快速整理组合材料。
高通量筛选普遍用于药物和化工产业,用以发现新的化合物和催化剂,这一技术已引入电池开发。野猫公司的工艺与众不同,可以制成完整的蓄电池单元,而不仅仅是电池的个别部件,比如电极。这是重要的,因为从性能上看,任何给定材料在电池中都要依赖它如何与其他部分相互作用。“采用传统的方法,你会得到很多假阳性(false positives)和假阴性(false negatives),”史蒂芬·凯叶(Steven Kaye)说,他是野猫公司的首席科学官。一种电极材料看起来本身可能很有前景,但却不适合一个完整的电池,因为它要相互作用的有电解质,添加剂和相反的电极,他说。而一种材料可能看起来很一般,但却能显着改善,因为会混合其它材料,用于电池。
野猫公司的新材料,是一种变种的磷酸钴锂(lithium cobalt phosphate),这种材料通常本来会被拒绝,因为它的运行电压会迅速摧毁电池的电解液,这种液体在电极之间传递锂离子。但是,研究人员使这种材料匹配许多新的电解质配方,最终发现了一种,可以承受高电压。总之,这家公司筛选了4000种材料,共用了约四个月,找到的材料是管用的。
这个过程开始是自动混合液体前体材料(precursor materials),随后产生的电极粉(electrode powder)具有不同的性质,会形成电极膜(electrode film),组合成电极、分液器和电解质,就在硬币状的电池中,是那种见于手表中的。这些电池都经过测试,最好的要进行改进。
能够整理上千种材料组合,并集成到完整的蓄电池单元中,“是相当令人印象深刻的,”杰夫·达恩(Jeff Dahn)说,他是达尔豪西大学(Dalhousie University)物理学教授,使用高通量方法研究电池材料。“他们已经走了很长的路,只用了很短的时间,”他说。
野猫公司始建于2006年,已经筹到1650万美元风险基金。公司也有收益,这些收益来自40多个研究项目,这些项目是与大型生产商搞的。公司创始人有彼得·舒尔茨(Peter Schultz),他是斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的教授,也是高通量组合化学(high-throughput combinatorial chemistry)的开拓者。
蓄电池单元使用野猫公司的新材料,可多存储约60%的能量,这是对比同样体积的锂铁磷酸盐电池(lithium iron phosphate cells),这种类型是电动汽车制造商使用的。相比之下,一些高能量电池可用于新一代电动汽车,比如,那些电池就使用混合的镍,锰,钴,铍,而这种新材料会使能量增加25%以上,这是按等体积计算,凯叶说。
目前尚不清楚,这种材料会如何影响整体电池成本。提高容量会降低成本,更高的电池单元电压会简化电池组布线,这也会降低成本,但使用钴会使它们昂贵,超过磷酸铁锂。为了降低成本,该公司正在开发电极材料,用镍替代钴。
这种新电解液配方公司已经开发出来,这就可能使用其他相对高电压的电极材料,包括一种材料叫做氟磷酸盐(fluorophosphates),这种材料搭配高性能的相反电极,就可使电池容量翻番,凯叶说。
这家公司目前正在生产检测批次的新材料,希望把这项技术授权给材料和电池公司,但这些材料的耐用性还有待提高。经过150个充电周期后,这些电极材料的容量就会下降20%。要用于便携式电子产品,这种电池需要持续使用数百个周期。用于电动汽车,电池必须保持80%的存储容量,使用数千个周期。
锂电池存电量增一倍
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