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第78章 固态晶格能量电池(5000字)(2 / 3)

导沉积材料中的物质按照预设的拓扑构型进行排列和键合。

最终形成具有宏观尺寸、完美三维拓扑离子通道网络的单晶或多晶薄膜,模板可在后续步骤中温和去除或转化为材料的一部分。

电池的复合正极制备是将氟代聚阴离子前驱体、硫源、拓扑离子导体粉末、导电剂按精确比例混合。在特定气氛下进行拓扑结构引导烧结/热处理,该过程利用TIC粉末自身的拓扑特性,引导活性物质在其表面或孔道内结晶生长,形成紧密结合的复合结构,最后压制成型。

而负极集流体的处理则是对多孔集流体进行表面改性,以增强对液态金属的润湿性和稳定性。固态晶格能量电池的组装也是高技术活儿,需要在严格的无水无氧环境中进行,依次叠放:正极集流体、复合正极层、TIC固态电解质隔膜、注入液态金属合金、负极集流体。

然后施加温和的压力确保各层紧密接触,最后封装在刚性的金属外壳或柔性复合材料中,封装设计也需考虑液态金属的流动性和可能的体积微小变化。

毫不夸张的说,陆安把固态晶格能量电池搞出来,这一整套流程体系,可以诞生上百篇顶级学术论文。不过陆安是个务实派选手,没那个闲工夫去搞学术论文,他也不可能对固态晶格能量电池的关键技术申请专利保护,因为申请专利需要公布技术细节。

比如电池的复合正极制备按精确比例混合,这只有陆安知道。

不知道其中的比例,那就造不出来,或者达不到预期效果,只要陆安不公布,别人除非运气逆天能蒙对。

真有人能靠蒙搞出来,陆安也服气地送出“算你厉害”四个字。

但即便这个技术点蒙对了,也只是打通了一个关卡而已,还有其他一系列核心“黑科技”都要搞定,才能制作出完整的固态晶格能量电池。

显然,真正具备高垄断壁垒的技术,去申请专利才是傻子操作。

超高的技术垄断壁垒就是对技术最好的保护。

没有我,你就是搞不定。

没有我,你就是玩不转。

毫无疑问,陆安推动开发的固态晶格能量电池放在当代,在电池领域是具有划时代意义的革命性产品。它的优势很多,高能量密度、超快充电能力、高安全性。

固态电解质不易燃、不漏液;液态负极无枝晶;结构自适应无界面失效风险;以及长循环寿命。电池的自适应结构能有效缓解体积变化应力,正极材料被拓扑骨架稳定,液态负极无粉化。还具备宽温域工作优势,固态电解质和液态金属能在宽温度范围内稳定。

此外,在设计上也具备灵活性,可设计成各种形状,这得益于固态和液态金属的自适应特性。不过固态晶格能量电池也不是一点劣势都没有。

首当其冲的就是制造成本高,MTGED工艺极其复杂、耗时、耗能,需要昂贵的设备和环境控制。材料成本也高。

镓、铟等诸多特定稀土元素、精密制造的拓扑材料成本高昂。

不过好在稀土材料这玩意儿,国内的供应没有问题,也不用担心会被人卡稀土材料的脖子,反而能用稀土这张王牌卡别人的脖子。

液态金属控制尽管有集流体约束,但在极端物理冲击下,也可能发生较大位移导致局部短路或失效,需要精密的电池管理系统监测和控制液态金属的分布。

需要确保液态金属合金、拓扑电解质、正极材料之间在长期循环和极端条件下的化学兼容性。这就要求非常薄的、人工设计的钝化界面层。

除了成本高昂以外,大规模生产难度也不小,MTGED工艺的吞吐量是不小的挑战。

可以确定的是,固态晶格能量电池在初期仅用于航空航天、顶级军事装备或部分奢侈品领域。还有一个劣势就是回收困难,其复杂的材料组成和结构,使得回收再利用工艺异常困难,不具备回收再利用价值,基本上是直接报废处理。

固态晶格能量电池一旦实现商业化,将会对一系列需要用电的设备迎来质的飞跃。

在交通运输领域,目前电动汽车的续航里程是制约其普及的重要因素之一,第一代固态晶格能量电池能达到2500至3000 Wh/kg的能量密度,若电动汽车使用该电池,续航将轻松突破5000公里,充电如加油般快捷,彻底解决里程焦虑,无惧严寒酷暑和燃烧爆炸。

在航空航天领域,电池的能量密度至关重要,高能量密度电池可以使无人机、电动飞机等飞行器的续航时间、飞行距离大幅增加。

例如,电动飞机可以实现更长距离的飞行,甚至有望实现跨洋电动飞行。此外,无人机的续航能力也将大幅提升,使其在物流、测绘、农业等领域更具应用价值。

在深空探测、轨道卫星的能源支持上也能大放异彩。

在消费电子领域也会引领诸多便携设备革命性飞跃,如智能手机、智能平板、笔记本电脑等便携移动设备的电池续航一直是用户关注的焦点。

如果采用2500至3000 Wh/kg的固态晶格能量电池,设备的续航时间将成倍延长。当下市面上的智能手机旗舰机的电池容量约为4000m

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