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关键词：电池；固态电解质；碱金属电极；快速充电 翻译 | 龚聪
得克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院教授，锂电池的发明人之一，94岁的John Goodenough带领的工程师团队研制出了首个全固态电池。这种更安全、充电更快、使用寿命更长的充电电池将为智能手机、电动汽车和能源存储站提供新的选择。 John Goodenough，锂电池的发明人之一，在他的电池材料实验室里 来源：科克雷尔工程学院 Goodenough，跟科克雷尔学院高级研究员Maria Helena Braga共同实现了这项突破。他们研制的低成本全固态电池优点在于：不仅没有燃烧风险，而且使用寿命长，体积能量密度高，充放电速度快。这项研究成果发表在《能量和环境》期刊上。 “成本、安全性、能量密度、充放电速率和使用寿命是决定电动汽车能否被公众接纳的重要因素。我们相信这项成果解决了今天电池面临的很多问题。”Goodenough说。 研究人员的演示表明这种新电池的能量密度是当今锂电池的三倍。对电动汽车而言，电池的能量密度决定了它的行驶里程，电池的能量密度越高，每次充电后汽车就能跑得越远。这种新电池的配方还增加电池的充放电次数，进而延长了电池的使用寿命。另外，新电池的充电速度更快（几分钟之内，不再是以往的几个小时）。 当今的锂电池用的是液体电解质将锂离子从阳极（电池的负极）传递到阴极（电池的正极）。如果电池充电过快，电池中会形成枝晶，也叫“金属晶须”，并穿透液体电解质形成短路，可能导致爆炸或火灾。摒弃液体电解质后，研究人员使用了一种玻璃电解质，后者允许研究人员用碱金属做电极，并且不会有枝晶的形成。 在传统电池中，碱金属（锂、钠、钾）是不能用作电极的。但在全固态电池里，碱金属电极增加了阴极的能量密度，还延长了电池的使用寿命。研究人员在实验室中观察到这种电池在保持低槽电阻的情况下能充放电1200余次。 另外，因为固态电池的电解质在零下20摄氏度下还能保持较高的电导率，使用这种电池的汽车在零度以下的环境中仍然可以正常运行。这种全固态电池在零下60摄氏度下也能工作。 科克雷尔学院高级研究员Braga在葡萄牙波尔图大学时开始研制固态电解质电池。两年前，她开始跟Goodenough教授、奥斯汀德州大学研究员Andrew J. Murchison合作进行这一课题。Braga还透露，正是Goodenough教授对固态玻璃电解质的组成和性质的理解让它得以应用到电池中，这项技术已被奥斯汀德州大学技术商业化办公室申请了专利保护。 这种玻璃电解质允许研究人员将碱金属电镀到阳极和阴极上，不用担心枝晶的形成，同时也简化了电池制造过程。 这种电池另一个优点是，制造材料不会影响环境。“玻璃电解质可以用钠替代锂，而钠广泛分布在海水中，很容易获得。”Braga说。 Goodenough教授和Graga还在继续进行电池研究，并申请相关专利。下一步，他们希望与电池制造商合作，开发和测试为电动汽车和能源存储装置提供的新型电池。 |
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