新興玻璃電池能否終止石油時代？

材料牛注：可以在電網上存儲間歇性的太陽能和風能，閃電般的超級電容器（鋰離子電池的三倍），可以在極冷和炎熱的環境中良好工作（-20°C~60°C），解決了電池的火災和爆炸問題，使電動汽車在成本和便利性上足以與內燃機抗衡，這就是集顏值與實力于一身的“上神”——新興玻璃電池！

照片：鋰離子電池的共同發明人，Cockrell工程學院的John Goodenough領導研究團隊正在研發一種可以代替鋰離子電池的技術。

電動車的購買量近年來一直在上升，去年的增長率約為60％。如果EV電源一直使用現有的鋰離子電池，在電動車與燃油車的預計成本相同時，預計在2022年電動車將得到更廣泛地應用。德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的研究人員于本周公開一種新的的鋰或鈉玻璃電池技術，則進一步加快了電動車的推廣速率。

鋰離子電池的共同發明人，德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）Cockrell工程學院的榮譽教授John Goodenough說，“我們有可能做到過去20年一直為之努力的事情，也就是說，將獲得在成本和便利性上與內燃機相抗衡的電動汽車。”

然而，我們曾見證所謂改變游戲規則的電池突破成為泡影。2014年，日本研究者提出了一種基于棉花的新電池設計，號稱“能源密集、可靠、安全、可持續”。如果棉花電池可以改變世界，它肯定會有新一輪的新聞推廣和媒體發布，但是搜索他們的技術鏈接，停留在2014-2015年，沒有繼續更新。所以，誰又能說玻璃電池會有什么不同呢？

杰出的電池研究員，麻省理工學院材料科學與工程的教授Sadoway說，“當John Goodenough發布公告時，我特別留意。他是該領域頂尖的科學家，他的聲明值得一聽。”

Goodenough說，當他在20世紀80年代首次發明鋰離子電池時，除了日本實驗室和索尼等公司，在電池和消費電子行業幾乎沒有人認真地對待創新。鋰離子電池為當今世界提供的動力，幾乎遍及市場上所有的便攜式設備，以及電動汽車甚至下一代飛機。換句話說，誰能比Goodenough創造出更好的技術，有朝一日能夠代替鋰離子電池？

新電池技術使用摻雜有活性堿金屬（如鋰或鈉）的玻璃作為電池的電解質（當電池充電和放電時，離子穿越陰極和電極之間的介質）。根據研究論文的概述和最近申請的專利（94歲的Goodenough 說還有更多即將出版），鋰或鈉摻雜的玻璃電解質為新的電池化學和物理學提供了新介質。他們發現鋰或鈉玻璃電池的能量存儲空間相當于鋰離子電池存儲空間的三倍。其電解質既不易燃也不易揮發，不會像鋰離子電池那樣由于反復的充電和放電形成阻擋鋰離子的尖銳“枝晶”，最終導致短路，引起電池火災。雖然這個概念階段的研究仍然具有不確定性，但是如果玻璃電池可以在商業上拓展，筆記本電腦、智能手機或電動車引起的駭人火災或爆炸現象將成為歷史。

此外，德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的訪問研究員、葡萄牙波爾圖大學（University of Porto in Portugal）的工程學教授，鋰玻璃電池代碼開發商Maria Helena Braga說，玻璃電池的充電時間是“幾分鐘而不是幾小時”。她說，這是因為鋰或鈉摻雜的玻璃使電池在電場中具有更大的空間來存儲能量。所以，在這個意義上，電池就像一個閃電般的超級電容器（用專業術語來說，該電池中的玻璃電解質比鋰離子電池中的揮發性有機液體電解質具有更高的介電常數。）。

此外，Braga說，該技術的前期實驗表明，它可能有成千上萬次的充放電循環，并可以在極冷和炎熱的環境中良好工作。（初步估計其工作溫度范圍在-20°C~60°C）。他們如果可以將電池的離子信使原子從鋰轉換為鈉，研究人員可以制備更可靠、可持續的電池。與其為了鋰轉向在南美有爭議的采礦業，不如無限地從海水中提取鈉。

Sadoway說他渴望了解更多關于該技術的發展，“關鍵不在于高充電速率，我關注的是空間衰減和使用壽命。”也許Goodenough和Braga的技術創新點在于他們解決了電池的火災和爆炸問題，Sadoway補充道“我認為解決電池的安全問題是一個巨大的進步，人們談論固態電解質已經20年了，但是沒有一個使用固態電解質的商業產品。在我看來，如果能提供一個不易燃、沒有有機溶劑的電解質將會大有裨益。”

Goodenough說其團隊已經做好了迎接黃金時刻到來的準備。但他們仍在考慮如何制造陰極能夠實現商業應用。Goodenough說，“下一步是解決陰極的問題，實際應用時才可以大規模生產。我很樂觀，我們會成功。但發展需要與電池制造商合作，我不想做市場，不想做生意。我已經94歲了，不再需要錢。”

原文鏈接：Will a New Glass Battery Accelerate the End of Oil?

文獻鏈接：Alternative strategy for a safe rechargeable battery

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，薛愛堂編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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