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能量存储已经迁移到多个领域，现在不仅仅是为便携式设备供电的一种方式。从电动汽车到电网级负载转换，电池和其他储能技术是社会多元化的重要基础设施。能量存储的每一次进步都将为无数的应用领域增添重要价值。 更好的电池电极制造更好的电池是一个热门的发展领域，因为更快的充电和性能更好的电池将非常有用。制造可以快速充电的高容量锂离子电池是许多人追求的目标。由于伦斯勒理工学院的电极材料取得了突破，这一目标已接近现实。 基于阳极和阴极之间的电化学反应，锂离子电池的操作取决于电极的性能。在传统的锂离子电池中，阳极是石墨，阴极是由钴酸锂制成。如果改进用于电极的材料，则可以提高电池性能。 Rensselaer的机械，航空航天和核工程教授Nikhil Koratkar一直在对纳米技术和储能进行广泛的研究。最近，Koratkar和他的团队通过用二氧化钒（VS2）代替氧化钴来改善电极性能，这是一种高导电性的轻质材料，能够实现更高的能量密度（图1）。 图1 图1：Rensselaer研究人员通过用二氧化钒（VS2）代替氧化钴来改善电极性能。 VS2采用的最大障碍是其不稳定性，伦斯勒研究人员确定了不稳定性的来源以及调解它的方法，使其更适合用作电极材料。该团队还包括物理系，应用物理系和天文学系主任Vincent Meunier等人发现，钒原子之间的间距不对称，称为Peierls失真，导致VS2分裂。 通过用二硫化钛（TiS2）的纳米层涂层覆盖VS2薄片，可防止Peierls变形，稳定它们并改善其性能。 TiS2涂层形成缓冲层，支撑并保持VS2材料在一起。 VS2-TiS2电极可以使锂离子电池在更小的封装中提供高容量和高能量密度。 固态电池另一种有前途的储能技术是固态电池。它们使用固体电解质而非液体或聚合物材料制成，有望提供更高的容量和能量密度。此外，它们还将解决与液体存储系统有关的许多缺点。 来自美国东北大学和高能加速器研究组织的一组科学家创造了一种复合氢化物锂超离子导体，可以帮助制造具有成本效益和高性能的固态电池（图2）。新型固体电解质材料由氢簇（复合阴离子）结构制成，与锂金属阳极结合具有高稳定性，解决了当前解决方案中的高锂离子转移电阻。 图2 图2：复合氢化物锂超离子导体可以制造具有成本效益和高性能的固态电池。 东北大学研究小组由材料研究所（IMR）的Sangryun Kim和高级材料研究所（AIMR）的Shin-ichi Orimo领导。成员包括来自大学高级材料多学科研究所（IMRAM）的Dorai Arunkumar，Naoaki Kuwata和Junichi Kawamura，以及来自高能加速器研究组织的Toshiya Otomo。 更好的电池监督和监管另一种使储能更好的方法是改善我们使用电池的方式，更好的电池监控对于优化管理和性能至关重要。电池监控的另一个重要方面是制造，它可以通过操作预期用于装箱设备。 除了先进的传感器和探头之外，像AI这样的下一代软件解决方案可以显着提高我们制造和使用电池的能力。斯坦福大学和麻省理工学院的研究人员正在努力使用AI来准确预测电池寿命，因为该技术可用于对制造的电池进行分类，并有助于新电池设计的开发（图3）。 图3 图3：斯坦福大学的研究生Nicholas Perkins，左，Peter Attia和Norman Jin是研究人员之一，他们发现了准确预测锂离子电池使用寿命的关键。 斯坦福大学，麻省理工学院和丰田研究院的科学家利用几亿点电池充电/放电数据创建了一个机器学习模型，以预测每个电池可以持续多少个周期。在电池运行的前五个充电/放电周期中观察电压下降和一些其他因素，导致寿命预测，准确度达到95％。 这项工作是在电池数据驱动设计中心进行的，由材料科学与工程助理教授William Chueh领导的斯坦福研究人员进行了电池实验。麻省理工学院的团队由化学工程教授Richard Braatz领导，负责机器学习工作。 Kristen Severson是该研究的共同主要作者。 期待虽然有些人认为电池密度足够高，但高效率下一代电力电子技术的进步将为电动汽车和电网平衡系统的技术进步提供最大份额。然而，最重要的是更小更轻的电池，具有更高的容量和能量密度，将大大改善每种应用储存能量，并放大和改进任何相关的电力系统。 |
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