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固态电池具有极高的安全性能,并且能和锂金属耦合防止枝晶的产生,有望能够大幅提升当前电池的能量密度。近年来,固态电解质在学术界和产业界都收到了广泛的关注,特别是硫化物固态电解质有望率先实现全固态电池,国内各大电池公司也都在招兵买马,开发硫化物固态电池,希望在这一科技竞赛中脱颖而出。

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2021年5月12日,哈佛大学李鑫教授在Nature上发表文章,报道了一种三明治结构的固态电解质,以实现无锂枝晶渗透的超高电流密度。Li10Ge1P2S12 (LGPS)是对锂金属不稳定的,在配合锂金属使用时需要进行负极保护,而Li5.5PS4.5Cl1.5 (LPSCl)对锂金属要更加稳定,但是对称电池的循环时间不长,仍会有枝晶产生。作者提出将这两种硫化物固态电解质结合起来,形成三明治结构,为LPSCl-LGPS-LPSCl(如下图)。

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由于中间的LGPS层是对锂枝晶不稳定的,所以能够在电解质层中与锂枝晶反应来防止锂枝晶的穿透。作者提出了一种类似于膨胀螺钉效应的机制,即任何裂纹都由动态生成的分解产物填充,这些分解也受到很好的约束。

在这种策略下,锂金属阳极与LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2阴极的循环性能非常稳定,以20 C倍率(8.6 mA cm-2)进行10,000个循环后,保持82%的容量,以1.5 C倍率(0.64 mA cm-2)在2000个周期后,容量保留率为81.3%。同时,在微米级正极材料水平还能实现110.6 kW/kg的比功率和631.1 Wh/kg的比能量。

然而,故事到这里并没有结束。

从以上的数据来看,这种电解质策略是非常有效的,20 C意味着电池能在3分钟充满,如果能够应用的话,能够彻底解决电动汽车的续航焦虑。那么,何不将其推向市场?

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2021年,李鑫教授和其他的创始人一起创建了公司Adden Energy,并于2022年初获得了Primavera Capital Group、Rhapsody Partners和MassVentures的第一轮风险投资,金额为515万美元(折合约3564万人民币)。其他创始人有的是李鑫教授的学生,为技术发展做出了贡献,还有的是外部引入的投资人。

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这家初创公司的目标是将电池扩展到手掌大小的软包电池,然后在未来三到五年内向上扩展到全尺寸的车载电池。李鑫说:“如果你想实现车辆电动化,固态电池是必经之路。”“我们将这项技术商业化,因为我们确认我们的技术与其他固态电池相比是独一无二的。我们在实验室的电池寿命内实现了5000到10000个充电周期,而现在即使是同类中最好的也只有2000到3000个充电周期我们没有看到放大这项技术的任何限制。这可能会改变游戏规则。”

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Adden Energy首席执行官Fitzhugh指出,2019年,美国29%的二氧化碳排放来自交通运输。他说:“车辆完全电气化是我们应对气候变化所能采取的最有意义的步骤之一。”“然而,电动汽车的广泛应用需要能够满足消费者多样化需求的电池。例如,37%的美国人家里没有车库,所以在家过夜充电是不可能的。为了实现电动化,电动汽车需要在与内燃机汽车相当的时间内进行充电,基本上就是在加油站停留的时间。”

Fred Hu说“气候变化是世界面临的决定性挑战。现在比以往任何时候都更重要的是加快向清洁能源和零排放交通的过渡,Adden Energy的使命是开发尖端电池技术,从而实现电动汽车的大规模普及,并为更绿色、更可持续的全球经济做出贡献。”

相关链接

https://www.addenenergy.com
https://www.seas.harvard.edu/news/2022/09/fast-charging-over-10000-cycles-future-electric-vehicles-harvard-engineers-solid-state

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