氣候變化和溫室氣體排放，以及對可再生能源和更可持續(xù)未來的需求，正在推動全球經(jīng)濟(jì)向電動交通發(fā)展。為了取得成功，?電動汽車 (EV) 的?采用和其他正在進(jìn)行的電氣化過程需要更高效、更具成本效益和更安全的電池。在過去的幾年里，人們投入了巨大的精力和投資來創(chuàng)造下一代電池，主要集中在電池化學(xué)、新化學(xué)配方以及鋰硫和鋰金屬?電池等新材料上。

以色列/英國的初創(chuàng)公司Addionics采用了與其他公司不同的方法，專注于物理而不是化學(xué)。Addionics 與化學(xué)無關(guān)的方法意味著它仍然可以從化學(xué)進(jìn)步中受益，同時通過電池的創(chuàng)新物理設(shè)計將新技術(shù)引入電池物理。新的電池架構(gòu)在多個維度上實現(xiàn)了顯著的性能改進(jìn)，而無需對電池化學(xué)進(jìn)行任何改變。

“今天的電池電極是使用非常薄的箔膜制造的，類似于我們用來包裝食物的普通鋁箔，”Addionics 首席技術(shù)官 Vladimir Yufit 說?！八麄兊哪康氖菑碾姵鼗钚圆牧现惺占?a href="http://www.socialnewsupdate.com/tags/電流/" target="_blank">電流，這種方法幾十年來一直是一樣的。我們的想法是把這個薄箔做成三維的，具有不同的設(shè)計和架構(gòu)。該公司的重點是設(shè)計這些三維多孔金屬電極，制造它們，并基于這種先進(jìn)技術(shù)制造電池?！?/p>

通過采用現(xiàn)有的 2D 層狀電極結(jié)構(gòu)并用集成的 3D 結(jié)構(gòu)取而代之，Addionics 開發(fā)了一種技術(shù)，能夠顯著提高電池性能，降低成本和充電時間，同時提高電池的功率密度和能量。獲得專利且可擴(kuò)展的 3D 金屬制造方法可最大限度地減少內(nèi)部電阻，并提高機(jī)械壽命、熱穩(wěn)定性以及標(biāo)準(zhǔn)電池中常見的其他典型限制和退化因素。

今天的電池面臨著能量與功率的權(quán)衡：它們可以存儲更多能量，或者可以更快地充電和放電。對于 EV 應(yīng)用，這意味著沒有電池可以同時提供長距離和快速充電。與當(dāng)前電池技術(shù)相關(guān)的另一個問題是所謂的陽極-陰極失配。鋰離子電池化學(xué)的最新進(jìn)展包括在電池陽極中使用硅，而不僅僅是純石墨。

不幸的是，當(dāng)今占主導(dǎo)地位的陰極化學(xué)無法與高陽極能量水平相匹配，從而限制了這些新技術(shù)的引入。Addionics 通過重新設(shè)計電池為這兩個關(guān)鍵問題提供了解決方案。此外，Addionics 技術(shù)可以應(yīng)用于陽極和陰極，這意味著可以使用先進(jìn)的架構(gòu)構(gòu)建更厚、更高能量的陰極。具有這些 3D 結(jié)構(gòu)的陰極將具有更高的能量，并與新興的高能陽極技術(shù)的容量相匹配。

“我們的解決方案采用物理方法，而不是化學(xué)方法；這意味著我們可以使用幾乎任何類型的電池化學(xué)物質(zhì)，我們可以根據(jù)新法規(guī)或新材料調(diào)整我們的技術(shù)，”Yufit 說。

現(xiàn)有的電池化學(xué)可以通過 3D 電極提高其性能，而新興的先進(jìn)化學(xué)可以通過 3D 結(jié)構(gòu)克服實施挑戰(zhàn)。Addionics 已經(jīng)展示了具有各種化學(xué)成分的 3D 電極的優(yōu)勢。

多孔金屬電極

Addionics 的基本理念是制造高度多孔的 3D 電極，以取代傳統(tǒng)的金屬箔。通過這種方式，可以顯著增加電極本身的外表面，從而對電池的功能產(chǎn)生積極影響。具有 3D 結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)更好的電解質(zhì)傳輸，從而降低內(nèi)阻。圖 1 比較了傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)（左側(cè)）和 Addionics 的 3D 電池設(shè)計（右側(cè)）。

在傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)中，活性材料（黑色和紫色）被涂覆在陽極和陰極結(jié)構(gòu)中的 2D 金屬箔上，而在 Addionics 的 3D 電池設(shè)計（3D 電極）中，具有活性材料的集成電極嵌入在 3D 金屬中。通過轉(zhuǎn)向 3D 電極設(shè)計，電池可以實現(xiàn)三個關(guān)鍵性能改進(jìn)：提高能量密度、降低內(nèi)阻，以及由于更好的散熱和更高的機(jī)械穩(wěn)定性而更安全、更持久的性能。

Addionics 發(fā)明的多孔結(jié)構(gòu)在不影響電極功能的情況下提高了性能，即使在用于充電的功率增加時也能保持均勻和穩(wěn)定。這意味著使用 3D 電極，鋰離子電池的續(xù)航時間可以延長兩倍，充電速度更快，并且可以增加電動汽車的續(xù)航里程。圖 2 顯示了 3D 電極如何延長電池壽命。與基于箔的標(biāo)準(zhǔn)電池（黑色）相比，第一個 Addionics（綠色）軟包電池原型展示了超過 2,000 次循環(huán)，容量僅下降 20%。

圖 2：Addionics 的 3D 電極技術(shù)已被證明可以延長電池壽命。（來源：Addionics）

Addionics 還開發(fā)了一種創(chuàng)新的制造方法，不僅以具有市場競爭力的成本生產(chǎn) 3D 結(jié)構(gòu)，而且還可以降低成本。為了優(yōu)化 3D 金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計，Addionics 開發(fā)了一種先進(jìn)的基于 AI 的電池建模軟件，該軟件可以指導(dǎo)制造過程以創(chuàng)建最佳結(jié)構(gòu)。最后，為了成功地大規(guī)模實施 3D 電池結(jié)構(gòu)，需要開發(fā)新的涂層工藝來均勻地涂層 3D 金屬結(jié)構(gòu)。

Addionics 與大公司合作開發(fā)電池，包括那些致力于開發(fā)電動汽車和動力系統(tǒng)的公司?！拔覀冃坌牟哪繕?biāo)是將我們的電池用于每輛電動汽車，”Yufit 說?！半m然我們的技術(shù)可供 OEM 使用，但我們的應(yīng)用也可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，這可能更為關(guān)鍵，因為這些設(shè)備由于空間限制非常有限，可以使用越來越少的電池。我們目前專注于提高三種主要電池化學(xué)成分的能量密度：硅、LFP [磷酸鐵鋰]和固態(tài)電池?！?/p>

審核編輯 黃昊宇