电动汽车和网格存储的电池架构的重大进展可能是突破性的。

麻省理工学院新闻办公室David L. Chandler

发布日期：

2011年6月6日

研究小组的成员包括（从左到右）最近的毕业生Mihai Duduta ’10，W。Craig Carter教授，研究生Bryan Ho和尚未达成的Chiang教授。

麻省理工学院研究人员开发的一种全新的电池设计方法，可以为电动汽车和电网现有电池提供轻巧且廉价的替代品。 该技术甚至可以使“加油”这样的电池，例如将汽油泵入传统汽车。

新的电池依靠一种创新的结构，称为半固体流动池，其中固体颗粒被悬浮在载体液体中并通过系统泵送。 在此设计中，电池的活性组件（正和负电极或阴极和阳极）由悬浮在液体电解质中的颗粒组成。 这两种不同的悬浮液通过被过滤器分离的系统（例如薄的多孔膜）泵送。

这项工作是由Mihai Duduta ’10和研究生Bryan Ho进行的，在材料科学教授W. Craig Carter和尚未迈的Chiang的领导下。 它在5月20日发表的《高级能源材料》杂志上发表的论文中进行了描述。 该论文由访问研究科学家Pimpa Limthongkul ’02，Postdoc Vanessa Wood ’10和研究生Victor Brunini ’08合着。

新设计的一个重要特征是，它将电池的两个函数分开 - 将能量存储直到需要，并在需要使用时将其排放到单独的物理结构中。 （在常规电池中，存储和放电都在相同的结构中进行。）将这些功能分开意味着可以更有效地设计电池。

新的设计应该使降低完整电池系统（包括其所有结构支持和连接器）的大小和成本成为可能的一半。 研究人员说，这种急剧减少可能是使电动汽车与传统燃气或柴油动力汽车完全竞争的关键。

另一个潜在的优势是，在车辆应用中，这样的系统将允许通过抽出液体浆液和抽水以新鲜充电的替换量或将储罐（如坑中的轮胎）换成水箱来简单地“加油”电池。 停止，同时仍保留在时间允许时简单地为现有材料充电的选项。

流动电池已经存在一段时间了，但是使用了非常低的能量密度的液体（可以存储在给定体积中的能量量）。 因此，现有的流量电池比燃料电池占用更多的空间，并且需要快速泵送其液体，从而进一步降低其效率。

Chiang及其同事率先启用的新的半固体流量电池克服了这一限制，比当前的液体流动率相比，能量密度比传统的锂离子电池相比，能量密度提高了10倍。 由于该材料具有如此高的能量密度，因此不需要迅速泵送其功率。 “这有点渗出，” Chiang说。 由于悬浮液看起来像黑色粘糊糊，最终可以用石油来运输，因此卡特说：“我们称其为‘剑桥原油。’”

Chiang团队的关键见解是，可以通过将电池的固体材料减少到可以在液体悬浮液中携带的微小颗粒（可将电池的固体材料减少），将水流电池的基本结构与锂离子电池的经过验证的化学结合在一起 -  类似于快速的方式，即使液体主要由固体颗粒组成，也可以像液体一样流动。 卡特说：“我们正在使用两种经过验证的技术，并将它们整合在一起。”

除了在车辆中的潜在应用外，新的电池系统还可以以低成本的价格扩展到非常大的尺寸。 这将使其特别适合用于公用事业的大规模电力存储，有可能使间歇性，不可预测的来源（例如风能和太阳能）为电网供电。

Chiang说，团队着手“重新发明可充电电池”。 但是他们想出的设备可能是一个全新的电池系统家庭，因为它是一种设计架构，“与任何特定的化学反应无关”。 Chiang和他的同事现在正在探索可以在半固体流系统中使用的不同化学组合。 Chiang说：“我们将弄清楚今天实际上可以开发的是什么，但是随着更好的材料，我们可以使它们适应这种体系结构。”

Drexel大学杰出大学教授Yury Gogotsi，Drexel的纳米技术学院主任，他说：“半固体锂离子电池的演示是一个重大突破，表明可以将浆液型活性材料用于存储电气ENE EE EE