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西班牙的研究团队使用激光技术设计下一代电池
发布时间:2023-12-31 10:55:04来源:
生态友好,更便宜,具有更大的存储容量和更长的使用寿命:对未来的电池有很多要求。西班牙的研究团队使用激光技术设计下一代电池。
这些经验丰富的铅酸蓄电池以低成本运行了大约一个世纪,似乎无法为我们这个时代的需求提供足够的存储容量。当然,它们不是为电动汽车设计的。其他尝试如Ni-Cd(镍镉)或Ni-MH(镍金属氢化物)已被证明太弱而无法推动电动汽车。
虽然在90年代早期的商业弹出中非常昂贵,但锂离子(锂离子)技术已经变得合理,它现在可以满足许多人的驱动范围需求。全球平均每日通勤距离低于50公里。然而,研究人员表示,必须调整成本和稳定性等重要方面。
根据欧盟资助的项目Laser4Surf,科学家们正在解决其中一个参数,即锂离子电池的稳定性。“我们正在使用激光来改变集电器表面,这是电池组件之一,由金属制成。这些改进将提高电池的稳定性,从而延长其使用寿命,”物理学家MiguelÁngelMuñoz-Márquez博士解释说。西班牙阿拉瓦CIC energiGUNE高级接口分析负责人。
任何锂离子电池(电池)两端都有集电器。所述电极材料被浇铸等在每个集电体漆; 它存储锂离子并在必要时在电池运行期间释放它们。从技术上讲,激光在金属表面上的作用允许电极更好地粘附到集电器上。这可以防止任何可能引发电极从集电器分层的不希望的反应。
“这些改进还可以提高高功率负载下的电池性能。使用激光器,我们希望增加集电器的有效表面,使其能够在充电和放电过程中处理更多电子,”MiguelAngelMuñoz补充道。
目前生产电动汽车的锂离子电池足够强劲。根据制造公司的不同,汽车可以在200到500公里之间运行,而无需为电池充电。主要问题是可负担性,因为电池的成本约为汽车成本的40%或50%。“这个数字可以通过改进技术来实现,就像我们在Laser4Surf项目中所做的那样,或者通过寻找更便宜的材料。如果找到延长电池寿命的解决方案,即使它的价格更高,也会取得成功价格。电池持续时间更长,投资将得到回报,“穆尼奥斯说。
该项目的另一个重要问题涉及电池可持续性。在Laser4Surf中,研究人员跳过制造过程中的一个化学步骤:集电器的碳涂层。普通锂离子电池上的碳涂层改善了集电器的性能,例如以确保集电器和电极之间更好的电接触。“激光改变了集电器的表面,无需化学涂层。同时,激光雕刻改善了电气和机械接触,因此电池性能更好,”Muñoz解释说。
在第一次实验室测试之后,MiguelAngelMuñoz对这项研究的未来充满了希望:“在这个项目的后半部分,我们正在研究在涂装线上开发的原型,可以在我们中心的干燥室中使用。将具有手机电池的大致尺寸,并且所获得的电池可被视为工业前试验。“ 下一步是说服电池公司这些调查结果具有竞争力。“该项目的目标之一是建造能够大规模修改铜表面的机器,因此将有一个前工业原型。如果一切顺利,在不到十年的时间内,我们将能够生产它在工业规模上,“他补充道。
“改善活性材料与集电器之间的接触非常重要,这是提高电池寿命和充电性能的一种非常好的方法,”德国乌尔姆Helmholtz研究所所长Stefano Passerini教授和负责人表示。 “电源杂志”的编辑。他认为激光可能是一项成功的技术,因为现在成本较低。但是,应计算收益/成本平衡,然后才能评估研究的有效性。
“应该证明使用激光技术可以改善接触的事实。我知道其他激光应用,其中团队计划在电极上制作凹槽以增加电极厚度,即能量密度,同时保持良好这种组合对于能量存储是有益的,但所有这些方法都需要在工业规模上得到证明,“Passerini说,并补充说,除非实质性改进或节省大量成本,否则行业需要很长时间才能改变已建立的流程。明显。
Muñoz认为,尽管如此,这种研究可以为企业带来可观的成本节约。任何突破都会对电池行业产生可衡量的影响,并有助于为实验室获得更多资金,从而在这方面投入更多精力。
越来越多的科学团体投入时间研究电池。“存在各种水平的研究。首先,有公司进行的应用研究。这类研究的结果给项目的成功带来短期影响和风险。其次,有基于渐进式改进的研究,简短中期影响,风险较高,通常由技术中心开发。在这里,工作组试图提高电池容量并降低成本。最后,有中长期影响和高风险的基础研究,通常由研究中心或大学进行。他们的结果可能带来一场革命,一种范式的转变。团队可以发现一种新型高性能锂离子电池材料,一种新的生产方法,
对性能更好的电池的总体需求导致各种方式接近该主题,并且似乎比以往更需要不同级别的研究之间的协同作用。
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