
电影《第五元素》里,有一个让人过目不忘的画面:五颜六色的飞行汽车穿梭在摩天大楼之间,把城市上空变成了一条流动的河。
二十多年过去,汽车早已开进千家万户,飞机也成了寻常的交通工具。而“飞行汽车”的概念提出已久,却迟迟没能“飞入”寻常生活。
想让它真正上天,最难啃的骨头在哪?其中一个关键瓶颈,藏在它的“心脏”电池里。
近日,西湖大学王建辉团队在国际顶尖学术期刊Nature上发表的一篇论文就关于这颗“心脏”。
论文上线截图
飞行汽车需要什么样的电池?
当汽车插上“翅膀”起飞,意味着它需要成为一名既能“百米冲刺”又能“万里长征”的运动员。
起飞那一刻,电池要瞬间爆发出巨大能量,把汽车推向天空;等飞到天上开始巡航,要要求电池能撑得久一点。更重要的是,这一切还必须足够轻,因为每多一克重量,都是飞行的负担。
这些苛刻的要求,最终都指向一个核心指标——能量密度。简单来说,就是“同样重量的电池,能存多少电”。
王建辉团队研制的508 Wh/kg无负极锂金属软包电池样品
本次研究中,王建辉团队创新研制了一种“穿梭耦合电解液”(BAFF电解液)。用它做的无负极锂金属软包电池,交出了一份惊人的成绩单。在没有任何集流体修饰和外源补锂条件下,它能量密度达到每公斤508瓦时,在80%的深度充放电下能稳定循环350次以上,从零下40℃到零上60℃都能正常工作,同时单位瓦时成本还比现在的锂电池低15%到25%。
这意味着,它可能比现有的锂电池更轻、更强、更耐用、适应更广,还更便宜。
一个从周报开始的发现
故事要从五年前的一份周报说起。
2020年,刚进入西湖大学不久的博士生刘磊,本来想解决电池界的一个老问题:锂电池充电时,锂离子总爱乱跑,堆成树枝一样的“枝晶”。这些枝晶会刺穿电池内部,导致短路甚至起火。
结果歪打正着。他在筛选材料时发现,有一类溶剂表现得很特别:用它配成的电解液,在纽扣大小的测试电池里,锂离子的表现格外“听话”——不再乱长枝晶,而是整整齐齐地堆在一起,像一排排紧密排列的小积木。
这个发现让团队眼前一亮。他们迅速展开研究,发现放电溶解后,锂金属留下的那层保护膜,也呈现出规整的网格结构。
这本来已经是一个可以发论文的成果。但导师王建辉说了一句话,把难度一下子拉高了:
“纽扣电池只是实验室里的‘迷你模型’。要证明它真的有用,得在更接近真实情况的‘软包电池’里验证。”
刘磊没多想,开始搭软包电池的组装平台。一条更难的路,就这么开始了。
王建辉(左)与刘磊(右)
飞向未来生活的“强心脏”
五年过去,那些在实验室里被反复拆解、剖析的上百个软包电池,连同无数个日夜沉淀下的数据,终于有了回响。
去年,刘磊顺利博士毕业,但他并未就此止步“这么多年,我们比谁都清楚,这个研究的意义和价值。”
他选择继续留在西湖大学做博后,深耕无负极锂金属电池的研究,朝着团队最初的理想前进:让高能量密度的电池,真正落地,造福人类的生产生活。
今年全国两会,“低空经济”连续第三年被写入政府工作报告,定位也从“新增长引擎”、“新兴产业”,变为“新兴支柱产业”。作为低空经济的核心“引爆点”,飞行汽车正成为科研和产业两端的攻关焦点,这也正是王建辉团队这项研究最直接的用武之地。
也许未来,最先受益的不只是飞行汽车。送货无人机可以飞得更远、载得更重;工业级巡逻无人机能在天上待得更久;就连眼下火爆但还“太厚”的AR眼镜,也能做得像普通墨镜一样轻薄。所有需要“背着电池动起来”的东西,都会因为电池变轻变强而获得新生。
虽然从实验室到量产,还有很长的路要走,但一个告别电量焦虑、更轻盈的电池时代,正在实验室里悄然萌芽。
(西湖大学供图)配资门户网平台官网
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