具有30年生命周期的鈮-石墨烯電池

隨著在醫(yī)療設(shè)備、電動汽車、航空航天設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，鈮-石墨烯電池正在 NUS 和CBMM啟動的價值380萬美元（500萬新元）的新高科技實驗室中進行測試。

電池在為許多現(xiàn)代設(shè)備提供動力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如手機、心臟起搏器和電動汽車。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池存在安全風(fēng)險、生命周期短和充電時間長等局限性。新加坡國立大學(xué)（NUS）先進二維材料中心（CA2DM）是石墨烯和其他二維（2D）材料研究的創(chuàng)新者，CBMM是鈮產(chǎn)品和技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，該中心開發(fā)的鈮-石墨烯電池將解決所有這些問題。

這些電池正在新的CBMM-CA2DM先進電池實驗室進行測試，該實驗室由新加坡國立大學(xué)和CBMM于2023年5月23日啟動，由新加坡國家研究基金會支持，連續(xù)三年聯(lián)合投資了380萬美元（500萬新元）。

“CBMM-CA2DM先進電池實驗室是新加坡科技含量最高、設(shè)備最齊全的地方，旨在探索電池技術(shù)的新領(lǐng)域。該實驗室為研究人員提供了先進的設(shè)備來創(chuàng)造新的固體電解質(zhì)，制造各種電池形式，并最終將他們的創(chuàng)新付諸實踐。CA2DM主任 Antonio H. Castro Neto教授說：“我們在鈮-石墨烯電池的開發(fā)方面取得了重大進展，證明了這些電池在安全性、效率和可持續(xù)性方面的改變?！?/p>

重新思考電池性能

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鈮-石墨烯電池具有更高的性能和安全性。此外，鋰離子電池中易揮發(fā)和易燃的液體電解質(zhì)將被含鈮固體電解質(zhì)所取代，進一步提高新型電池的安全性和能量密度。

鈮-石墨烯電池的優(yōu)勢包括：

? 長生命周期：性能持續(xù)時間比傳統(tǒng)鋰離子電池長10倍（估計約為30年），使其更加耐用和可靠。

? 安全：在安全電壓范圍內(nèi)操作，在不會過熱的情況下安全放電，防止意外損壞。

? 快速充電：10分鐘即可充滿電，更加方便。

? 提高性能：鈮可增強導(dǎo)電性并穩(wěn)定主體結(jié)構(gòu)，從而提高電池倍率性能和長周期的穩(wěn)定性。

? 可持續(xù)性：鈮是一種相對豐富且環(huán)保的材料，使這種電池成為傳統(tǒng)鋰離子電池更可持續(xù)的替代品。

鈮用作電池負極的主要活性材料，同時也用作正極的添加劑。另一方面，石墨烯用于負極和正極以提高電子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在負極中，鈮材料獨特的晶體結(jié)構(gòu)有利于在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下快速充電。在正極中，鈮材料可以提高離子電導(dǎo)率并保護活性材料免于降解。此外，石墨烯的低密度特性顯著提高了兩個電極的電子傳導(dǎo)性，而不會影響電池的整體能量密度。

鈮-石墨烯電池的最終原型預(yù)計將于2024年第一季度完成。

“由于使用壽命更長，與現(xiàn)有的鋰離子電池相比，新型石墨烯-鈮電池顯著降低了總擁有成本，并具有超快充電能力。此外，它們提供了更高的安全性，即使在高溫下也不會爆炸，”CBMM全球電池主管Rogerio Ribas說?！暗谝慌陉帢O和陽極上結(jié)合鈮應(yīng)用的電池，還具有更高的輸入和輸出功率、更寬的工作溫度范圍和更好的充電狀態(tài)等優(yōu)勢，因此可以為特定市場開發(fā)，例如商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，包括混合動力車輛（鐵路、卡車和乘用車）、重型應(yīng)用、內(nèi)部物流、無繩電動工具等的再生制動系統(tǒng)?！?/p>

新實驗室配備了最先進的設(shè)施，用于研究和制造先進的鈮基電池和固體電解質(zhì)。由于其高性能，鈮-石墨烯電池具有廣泛的潛在應(yīng)用，包括心臟起搏器和除顫器等醫(yī)療設(shè)備，以及衛(wèi)星和航天器等航空航天設(shè)備，所有這些都需要長循環(huán)壽命和高安全性標準。其他潛在應(yīng)用包括電動汽車和消費電子產(chǎn)品。

“隨著對可持續(xù)和高性能能源解決方案的需求不斷增加，CBMM-CA2DM先進電池實驗室標志著企業(yè)與研究機構(gòu)之間建立了強有力的合作伙伴關(guān)系，并提供令人興奮的實際應(yīng)用。在新加坡國立大學(xué)，我們不斷尋求突破創(chuàng)新的界限，我們期待實驗室為科學(xué)技術(shù)和行業(yè)做出新的貢獻，”新加坡國立大學(xué)副校長（創(chuàng)新與企業(yè)）兼CA2DM董事長Chen Tsuhan教授說。

為電池技術(shù)的進一步突破做好準備

CBMM-CA2DM先進電池實驗室是新加坡首個配備端到端定制電池制造和測試的先進電池實驗室。該實驗室的主要功能包括一個電解液處理單元和一個濕度低至1%的干燥室，可以處理對濕度敏感的電池材料。干燥室還與一系列手套箱無縫連接，為電池組裝創(chuàng)造了惰性氣氛。確保了整個過程的零污染。

實驗室設(shè)計還允許每月測試數(shù)千個原型。該實驗室擁有先進的電池測試設(shè)備，可以進行充電和放電循環(huán)、研究工作和退化機制，并預(yù)測所生產(chǎn)電池的耐久性。此外，該實驗室擁有的設(shè)備可以讓研究人員制造各種形式的電池，例如不同尺寸的紐扣電池和軟包電池。

展望未來，該實驗室的目標是用各種材料測試和創(chuàng)造更先進、更新穎的電池，并與當?shù)匮芯繖C構(gòu)、院系和行業(yè)合作，開發(fā)電池前沿技術(shù)。一項高科技目標是開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，這種技術(shù)不需要任何易燃液體，使其完全安全。實驗室內(nèi)還將建立一個工業(yè)空間，允許外部公司開發(fā)和測試電池原型，以滿足他們的商業(yè)需求。

審核編輯 ：李倩