第一批半固态锂电池今年在无人机中首次亮相

锂离子电池拥有强大的能量和长循环寿命。但他们有一个危险的倾向，会爆炸，导致伤亡，产品召回和禁飞。

研究人员称固态锂电池为更安全的替代品。这些设备将易燃液体电解质换成惰性固体，如塑料或陶瓷。但是研究人员几十年来一直追求固态电池技术，却没有提出任何产品。

现在，马萨诸塞州的SolidEnergySystems计划成为第一家销售这种电池的公司。该创业公司表示，与同样重量的传统锂离子电池可以存储的电池相比，它可以将两倍的能量包装到电池中。

这意味着设备可以工作两倍的时间。例如，现在“先进的无人机有传感器，摄像头和处理器，所以电池只能维持20分钟，而且很重，”创始人胡超超说。使用SolidEnergy的新电池，这些无人机可以飞行40分钟或更长时间。

该公司目前正在测试无人驾驶飞机的电池，预计今年晚些时候将推出它们的电池，随后在2019年推出可穿戴设备电池，2021年后推出电动车。

在今天的电池中，锂盐的稀溶液可用作电解质。其工作是在碳阳极和锂过渡金属氧化物阴极之间穿梭离子。一些陶瓷，聚合物和玻璃材料也可以做得很好。除了比液体产品更安全之外，这些替代品还可以支持纯锂阳极，这将提高能量密度。

20世纪80年代，锂离子电池先驱最初选择锂金属作为阳极。但是锂金属阳极迅速生长出长满苔藓的苔藓状晶须，它可以到达阴极并使电池短路。因此，电池研究人员转向碳用于阳极。

SolidEnergy的解决方法是将纯锂箔制成的超薄阳极涂上一层混合聚合物陶瓷电解质，这种电解液可以抑制枝晶生长。另一种电解质，即锂盐糊状物，放在阴极上。

阴极上的电解质含有足够的溶剂以使锂盐在室温下传导离子。胡说，该设备技术上是半固体电池，但比传统的锂离子电池更安全。电池的能量密度约为每千克500瓦时，是传统锂离子电池250瓦时/千克的两倍。缺点是它只能重复充电约200次，而传统电池的重复次数却不到1000次。

“有很多人试图找到100％完美的固态方法，”胡说。“但我们认为我们的半固体方法已经足够好了。”

其他实验室仍然专注于最终固态电池的愿景。去年，德克萨斯大学奥斯汀分校的JohnGoodenough发布了一款坚固的玻璃电池。他和同事MariaHelenaBraga使用锂掺杂的玻璃材料作为电解质。在他们最新的设计中，他们在4月份的美国化学学会杂志上报道，他们用特殊的增塑剂溶液涂覆柔性阴极。

固态电池的一个问题是，随着各种材料以不同的速率膨胀和收缩，电池的界面破裂。Braga说，增塑剂起到防止开裂的缓冲作用。新的电池设计具有传统锂离子电池能量密度的两倍，可以重复充电23,000次。

最近，行业巨头也开始投资固态电池。本田，日产和丰田已与松下公司合作开发电动车。但是一些固体技术创业公司的高调收购已经出现。2015年，戴森收购了密歇根大学分拆Sakti3，计划开发电动汽车电池，而德国巨头博世收购了劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的固态聚合物电池初创公司Seeo。两家公司都已经抛弃了这些技术。

LBNL科学家兼化学工程师NitashBalsara说，锂金属电池并不容易，LBNL科学家兼化学工程师NitashBalsara在2007年与其他LBNL校友共同创办了Seeo。“总体而言，只要电池行业是免费的，电池行业就非常重视安全性。”他说。“我认为[这是]一个错误。有足够的空间来开发本质安全的锂电池并将它们交给消费者。“

Balsara现在有一个新的创业公司BlueCurrent，它正在完善一种混合聚合物陶瓷电解质。聚合物不像陶瓷一样传导离子，但陶瓷很脆。Balsara说，这款混合动力车“混合两全其美，为汽车充电更多能量，当汽车碰撞时不会破裂”。

纽约宾厄姆顿大学化学教授，锂离子先驱M.StanleyWhittingham说，固态电池最终可能奏效，但他们仍然面临工程挑战。“在不久的将来，什么都不会取代锂离子电池，”他说，预测固体和半固体电池将在未来5到10年内转移到利基市场。“最终，挑战是他们会是多么昂贵，”他说。

每千瓦时500美元的价格，SolidEnergy的电池价格比传统的锂离子电池高得多，现在售价约为200美元。但胡先生预计，随着大规模制造业的成本下降，并与主要电池制造商进行谈判。

“我们还没有准备好实现电动汽车的最终目标，”胡承认。“但是我们已经满足了无人机的关键性能要求，并且正在向EV电池取得巨大进展。”