電動汽車革命要來了？

材料牛注：大牛們一直在思考，也一直在突破。Goodenough教授實驗室研發的玻璃固態電解液在保證電池高能量密度、長循環壽命的同時，安全性能大大提高。這一新材料能否代替現有技術，實現商業化并引發電動汽車革命？我們拭目以待。

他是94歲的鋰離子電池共同發明者。她是有著開發高性能電池目標的物理學家。他們能共同合作開發新技術，使我們擺脫對化石燃料的依賴，并引發電動汽車（EV）革命嗎？

2014年，波爾圖大學（the University of Porto）物理學家Maria Helena Braga發表了一篇關于新型超離子玻璃的論文，該材料在一定溫度范圍內的低離子導電性和相對金屬而言較差的穩定性解決了阻礙固體電解質用于商業電池的問題。

該論文引起了一些公司的注意，他們有意促進這種玻璃的商業化。其中包括能源存儲公司Pathion的執行官Andrew Murchison，他與得克薩斯大學奧斯汀分校（UT）的知名固態物理學家John Goodenough合作，加入了高級能源研究計劃署（ARPA-E）。

最后一個大想法

除了鋰電領域關鍵突破之一——鋰鈷氧化物正極材料的發現，電池從未離開過Goodenough的腦海。他的待辦事項之一就是發明一個電池，結束我們對化石燃料的依賴。

Murchison將Braga的工作介紹給教授，一年內，她把玻璃材料引入了他的實驗室。她回憶說，由于玻璃是用水合成的，而鋰是一種與水劇烈反應的金屬，因此最初大家都懷疑它是否能與鋰一起工作。

“開始時，在實驗室我們每次都必須證明玻璃是如何工作的，”她告訴New Atlas。在那一年中，每月她都要飛往奧斯汀并在實驗室工作至少一個星期。作為Goodenough實驗室的客座研究員，有充足的時間允許她更好地了解玻璃中不同元素的化學計量比——用于預測反應物和所得產物的量。她進而模擬了不同的玻璃了解其性能，并開發了新的更好的玻璃狀電解質。

更好的電池？

用結果證實理論的正確性看起來像是改變了游戲規則——至少在書面上。新電池價格合理？沒錯。安全？是的。電池壽命長，體積能量密度高，充電速率快？完全正確。

與液體電解質不同（會引起智能手機和氣墊船爆炸），新電池技術中的玻璃電解液不會帶來過熱或爆炸的風險。據研究人員說，玻璃電池的能量密度是鋰離子電池的三倍，早期的測試表明電池電阻低能夠進行1,200次充放電循環，電池具有更長的使用壽命。

另一個值得注意的特點是玻璃電解質能夠在-20℃至60℃（-4至140°F）溫度范圍內良好地運行，這意味著裝有該電池的EV能夠在零下和極熱的環境下運行，不同于傳統的鋰離子電池，無燃料效率的損耗。

這種電池還具有可持續性，因為除了鋰之外，玻璃電解質可以摻雜鈉（海水中的元素），從而避免金屬開采過程中對環境影響。

最后，盡管關于該技術的細節不多，但是如本專利申請所概述的那樣，電池也可以疊加作為超級電容器使用。根據該文獻，該裝置將具有兩個自主模式，其中超級電容器功能能夠存儲“比現有電容器更多的能量”，并且可以進行一秒甚至更短時間的瞬時放電。

第一印象

關于這種新電池技術的新聞的出現，加之Goodenough的名氣，引發了電池領域專家們的好奇心。MIT材料科學與工程教授Donald Sadoway的評價最高。“當John Goodenough發布公告時，我注意到了，”他告訴IEEESpectrum，“他是該領域的大牛，是一個了不起的科學家，所以，他的聲明是值得關注的。

能源研究中心CIC Energigune的電池專家Michel Armand對Goodenough的這一革命性的發現也有了解。畢竟，他是第一個認識到磷酸鐵鋰（科學家實驗室的另一個突破）潛能的科學家，而在當時它只是一篇學術論文的主題。他甚至搭第一班飛機飛往奧斯汀，以獲得他的咨詢公司Hydro-Québec在北美地區對該物質的所有權。這一次，他的回應比較中立。

他在New Atlas上說：“Braga-Goodenough的材料令人驚訝，它們的導電性很高，以氫氧化鋰和氯化鋰這類簡單化合物為原料即使在低溫下也易于制備。然而，論文寫作方式有些奇怪，我想看到一個更傳統的研究結果，包括相圖、不同摻雜條件下的導電性、穩定電化學窗口和電池測試實驗。”

對于這方面，Sadoway說，他不太關心電池充電的速度，而更想知道它的能量保持率有多高。他在同一IEEE報告中說：“我最關心的是容量衰減和使用壽命，”

重要新聞

另一方面，這一技術是創新的，但據行業分析師預測，這樣的電池市場化還需要很長時間。

IDTechEx研究公司的Lorenzo Grande告訴我們，由于電池仍然只是實驗室規模，所以市場化至少需要10年時間。但他補充說，制造過程的加快最終會使這一時間縮短。他預測固態電池的市場份額預計將在2027年達到70億美元，并提到了目前市場的發展。如豐田宣布，他們正在測試一個完全由無機固態鋰離子電池供電的高爾夫球車。他指出：“雖然性能不高（200 Wh / L），但這對于汽車行業來說是一個重要的突破，寶馬和現代等公司已經在這一領域展開研究。”

LUX Research的Chris Robinson對這一發展并不樂觀。他在北美能源新聞博客中說：“如果它性能確實如此，這對未來15年的電動汽車發展沒有明顯的影響。”他還指出制造過程也缺乏可擴展性和成本效益。即使電動車制造最終轉向固態電池，因為更容易大規模制造，聚合物電解質電池也會首先出現。

Goodenough并不受這些評價的干擾，他更關注于這一成果，這將是他職業生涯的最后一個有利于社會的發明。

IEEE Spectrum介紹，他和他的團隊正在申請幾項專利，他說，新電池的負極和電解質“或遲或早將等到她的黃金時間”。剩下的就是找到合適的正極使這項技術成為主流。之后的商業化發展，就交給電池制造商了。

原文鏈接：Can the Goodenough lab invent the battery to jumpstart the electric car revolution?

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，谷雨星翻譯，黃超審核；點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。