“世界上最快的电极”是锂电池密度的三倍

查看画廊-4图片法国Nawa科技公司表示，他们已经在生产一种新的电极设计，可以从根本上提高现有和未来电池化学物质的性能，提供高达3倍的能量密度，10倍的功率，极快的充电速度和高达5倍的电池寿命。

Nawa已经以其在超级电容器市场的工作而闻名，该公司已经宣布，它在这些超级电容器上使用的同样的高科技电极可以用于当前一代的锂离子电池等，以实现一些巨大的、改变游戏规则的好处。

这都可以归结为活性物质是如何保持在电极中的，以及这种材料中的离子必须走的路线来传递它们的电荷。今天，典型的活性炭电极是由粉末、添加剂和粘合剂混合制成的。在使用碳纳米管的地方，它们通常会以杂乱的、缠绕在一起的意大利面的方式粘在一起。这给了带电离子一条随机的、混乱的和经常被阻塞的路径，使其在前往负载下的集流器的途中横穿。

另一方面，Nawa的垂直排列的碳纳米管创造了一个更像发刷的阳极或阴极结构，每平方厘米都有1000亿根笔直的高导电纳米管伸出。然后，这些微小的、牢固扎根的杆子都会涂上活性物质，无论是锂离子还是其他物质。

结果是离子的平均自由程-电荷进入或离开电池所需的距离-急剧减少，因为每一滴锂或多或少都直接连接到纳米管上，纳米管起到了直线高速公路的作用，也是电流收集器的一部分。Nawa创始人兼首席技术官帕斯卡尔·布朗格(Pascal Boulanger)告诉我们，离子需要通过锂材料移动的距离只有几纳米，而不是使用普通电极的微米。

这从根本上提高了功率密度--电池提供快速充放电速率的能力--提高了10倍，这意味着较小的电池可以释放10倍以上的电量，而这些电池的充电时间也可以同样大幅降低。Nawa说，如果有合适的充电基础设施，五分钟的充电应该可以让你从0-80%开始充电。

此外，由于超轻纳米管支架中存在缝隙，以及较少的外来粘结剂和添加剂材料，包含一定数量的活性材料的电池可以变得更轻、更紧凑。无论是按重量还是按体积计算，能量密度都将跃升2-3倍。

哦，而且纳米管阵列坚硬的结构和巨大的表面积，以及附着在其上的微小锂斑点的广泛分布，消除了一些导致电池随着时间的推移而萎缩、性能下降和死亡的因素。Nawa说，使用这项技术，电池的寿命应该会延长五倍。

布朗格说，制造电池非常困难。你必须掌握很多参数。但是如果你想掌握这些参数，你需要有最高的电导率。你需要有最高的热导率。你需要有最高的离子传导性。而这正是我们的材料可以带给电池制造商的。

在这一点上，我们希望能找到一个诱饵，所以我们联系了南澳大利亚州弗林德斯大学化学和物理科学学院研究员、电池技术和碳纳米管的独立专家卡梅隆·希勒(Cameron Sheeller)博士，寻求他的现实核查。

希勒博士说，研究表明，垂直排列--甚至只是均匀分布--碳纳米管比随机放置的碳纳米管具有更好的性能。我对传导性为x10的可能性并不感到惊讶。控制碳纳米管的放置确实是释放其潜力的方法。商业化的问题是与生产定向碳纳米管相关的成本。我的猜测是，成本将远远超过x10。

我们向Nawa提出了成本问题。这个百万美元的问题！"；布朗热说。这里有一个一百万美元的答案：我们正在使用的工艺与在玻璃上涂上减反射涂层和用于光伏的工艺是相同的。它已经非常便宜了。大量生产，就像那些工序一样，是的，纳瓦首席执行官乌里克·葡萄(Ulrik Graper)补充道。我们坚信，与现有的电极相比，这将具有成本竞争力。

只是给你一些数字，布朗格接着说，在光伏面板内沉积减反射膜的成本是每平方米几美分。这是一样的，我们只是存放我们的材料，因为我们已经掌握了这个过程。垂直排列的碳纳米管的生长速度被认为是非常非常快的。我们可以生长垂直排列的纳米管，比方说，每分钟100微米。它在炉子里只需要一分钟。我们已经在非常大的表面上扩展了这一过程，通过一个在常压、较低温度下工作的过程，我们可以做得有点像做报纸一样。不是那么快，但想法几乎是一样的。

该公司已经超越了其试点单位，现在已经有了一个全面的生产装置并投入运行，为其超级电容器设备提供垂直排列的碳纳米管。Nawa说，电极技术或多或少是不可知的；它可以用于各种大小的圆柱形电池或平板电池。

而且它也不一定非得是锂离子。该公司已经开发了使纳米管与一系列活性材料更兼容的工艺，包括硅、镍锰钴和硫化学物质，以及它正在与特定电池制造商探索的其他一些更具异国情调的材料。

Nawa说，在某些情况下，它消除了一直阻碍某些其他电池化学成分的问题。例如，硅基电池的能量密度可能是锂离子的两倍左右，但活性物质在充电时会增长到4倍，放电时会再次收缩，从而导致机械问题，导致破裂。因此，你可能会很幸运地在硅电池用完之前从它身上充电50次。

布朗格说，将硅沉积在碳纳米管上的所有微小气泡中，不仅它们有更多的扩展空间，而且它们有一个高度刚性的结构来约束它们。他说，纳米管是牢不可破的。坚不可摧。任何膨胀都是横向的，与电极厚度无关。纳米管的结构就像一个笼子。对于硅，人们认为解决方案是创造一种核/壳纳米颗粒，在这种纳米颗粒中，膨胀、收缩的硅被限制在导电碳壳内。例如，这就是今天硅电池的圣杯，这正是Sila NanoTechnologies正在做的事情。我们也在做完全一样的事情，但我们没有核心/外壳，而是一种笼子，一种网状笼子。

如果这项技术让硅变得可行，那么轰隆一声--你可以将能量密度再翻一番，达到目前锂电池的6倍左右，同时还有可能大幅降低价格，因为你将把昂贵的稀有锂金属从方程式中剔除。

布朗格给出了另一个例子，团队在保密协议下一直在为另一家制造商工作，这是一家众所周知的不稳定和遭受重大扩张问题的制造商。他说，早期的测试表明，电池的使用寿命增加了10倍。他说，这带来了化学反应，从真正的利基应用程序，到可能是大规模应用程序的东西。"；他说，这带来了化学反应，从真正的利基应用程序变成了可能是大规模应用程序的东西。

那么，我们什么时候才能看到这些新的高密度野兽上市呢？葡萄说，我们预计，到2022年，这项技术的一部分可以投入产品和市场。您可以在2022年将其称为更简单的版本，然后从2023年开始，并附加所有属性。我们必须与锂公司合作。我们对此有一定的了解，但他们对这项技术有自己的曲折，无论是锂硫、锂硅还是NMC材料的高级版本(目前市场上的某种标准)，或者通过更多基于锂的金属电池实现固态，等等。因此，我们尽了自己的一份力，但我们也与他们合作，因此这将取决于他们进入市场的时机。

葡萄和布朗格说，转而使用这些电极将要求电池公司在组装电池之前，对其制造工艺的早期阶段做出一些相当大的改变。但如此引人注目的性能倍增，既没有价格损失，也没有任何电池化学变化，肯定会让这些东西很难与之竞争。

Nawa的第一个大规模客户是法国电池制造商Saft，该公司正与PSA和雷诺(Renault)合作，作为欧洲电池联盟(European Battery Alliance)的一部分，为这些雨伞下的品牌开发电动汽车电池。该公司还直接与多家汽车公司以及其他提供电动汽车空间的电池制造商进行了洽谈。

尽管这种能源和功率密度的提高对电动汽车、摩托车、电动自行车和其他新兴地面交通工具来说将是革命性的，但这显然也将代表着电动航空领域的巨大潜在飞跃。在这个领域，当今锂电池的重量、能量密度和充电时间缓慢，目前正对零排放飞机的续航里程和商业可行性造成巨大限制。

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