NAWA 認為，該公司的納米結構電極將帶來電動汽車電池的前饋進步。 （圖片來源：NAWA）
近日，美國納米材料初創(chuàng)公司NAWA宣布開發(fā)出一項技術，可以顯著提升電動汽車電池的儲能效率。 據(jù)該公司創(chuàng)始人兼首席技術官介紹，NAWA的UFCE超快充碳電極可將電動車電池的充電時間縮短至與加油柴油車相同的水平，同時電池壽命最多可提升5倍。
他在接受SAE專訪時表示，UFCE電極技術可將市面上主流電動汽車的續(xù)航里程降至1000公里（620英里），并實現(xiàn)5分鐘80%的超高速充電。 他強調說，“UFCE 電極的特殊性在于在 3D 結構中使用垂直排列的碳納米管。
每個碳納米管本質上是一個卷成圓錐體的石墨烯片。 納米管的半徑與其厚度相比非常細，其規(guī)模相當于一架約1公里長的德國飛機。 UFCE電極就是由數(shù)百萬億個這樣的碳納米管組成的！ “表明UFCE電極適用于各種先進的電池物理技術。
實現(xiàn)“最高”離子濁度比說明，目前鋰基電池的性能主要受限于電極設計和電池材料。 目前，粉狀電極的導電導熱性能較差，充放電間的熱性能不高，可能面臨安全性和使用壽命有限等問題。
目前電極材料的微觀結構決定了其中的離子不能到處自由交流，因此濁度較低。 UFCE電極所采用的專利碳納米管，憑借3D結構可以實現(xiàn)“最高”的離子濁度率，同時利用納米管的超長寬度，獲得特別好的導電導熱性能。 據(jù)說這個特性可以解決電池熱失控問題。
在熱學上，納米管就像一個“籠子”，可以減少電極的體積膨脹，使其能夠比粉末電極以更小的“壓力”工作：“簡單來說，這意味著離子只需要交流幾次。納米可以通過圓錐形的三維電極材料，但如果電極材料是平面的，離子可能需要幾微米才能溝通。” 他表示，新結構“從根本上提高了電池的充放電速度”。
此前，一款“下一代超級電容”（命名為超快充碳電池）產品發(fā)布。 據(jù)該公司稱，這款超級電容器具有超高的充放電倍率，并實現(xiàn)了“市場上最低的電氣串聯(lián)內阻”。 根據(jù)NAWA的電極技術，可幫助鋰基電池實現(xiàn)性能優(yōu)化：電池電量提升10倍，儲能提升高達3倍，電池壽命周期提升高達5倍，充電時間縮短從幾小時到幾分鐘。
“通常，任何技術都有利有弊，所以總會有選擇，例如粉末電極就是這種情況，”他說。 “如果你想減少能量存儲，你就減少功率；它消耗更多的電池。但是，有些電池技術肯定被高估了。” 目前，大部分電動車車主都已經發(fā)現(xiàn)，電動車行駛時間越長，汽車電池的耐用性就越差。
與柴油底盤不同，電動汽車的電池消耗不會線性增加。 說，“我們的技術是相同的——但是，因為我們有更高水平的功率和能量存儲，這意味著你有更多的余量，所以無論充電如何，電池都很少‘過度放電’。”NAWA 的初步結果包括美國電池巨頭 SAFT 在內的開發(fā)合作伙伴表明，在先進的鋰離子電池中使用 UFCE 電極至少可以使儲能增加一倍。 “因此，電動汽車將擁有更多的能量，可以跑得更快、更遠，”他說。
電動汽車電池電極的 3D 垂直結構。 （圖片來源：NAWA）
碳納米材料的協(xié)同效應
據(jù)稱，NAWA的3D碳納米材料電極經過特殊設計，特別適合制造。 碳納米管的制造過程與光伏面板或工業(yè)玻璃的生產“非常相似”。 據(jù)稱，碳納米管的生產“不貴”：生產設備已經過驗證，產值和成品率大幅提升，成本可以控制得很低。
說，“我們預測，生產一平方米碳納米管的成本應該與相同面積的涂層相似，但使用的天然材料和來自可持續(xù)碳源的材料更少。但是，單位平方米的碳納米管可以儲存更多的能量，因此碳納米管在每瓦時的成本方面應該更實惠。”
人們還認識到，UFCE 電極的商業(yè)化可能面臨一些障礙。 “我們有幾種方法可以將 3D 電極概念推向市場，”他說。 最簡單的方法是在銅基板上刷上一層特別薄的碳納米管，從而與電池行業(yè)已經在使用的碳涂層銅基板競爭。 據(jù)稱，這些方法生產的電極材料具有更好的電性能和錨固性能，2021年已經可以實現(xiàn)小批量生產。
從長遠來看，真正的3D結構UFCE電極“可能在2023年初小批量推出，2025年實現(xiàn)量產”。 NAWA的UFCE電極也有應用于氫燃料電池系統(tǒng)的潛力。 電容器回收否則會被浪費的能量。 據(jù)說UFCE電極還可以作為燃料電池的膜電極。
“事實證明，使用的貴金屬鉑更少，”從而節(jié)省了成本。 據(jù)悉，NAWA集團的另一事業(yè)部還在研發(fā)各種創(chuàng)新材料，采用該材料制成的氫碳復合儲罐重量更輕、強度更高。 NAWA 位于加拿大內華達州，專注于多功能和高強度復合材料的商業(yè)化。 該公司的概念是使用由數(shù)萬億個碳納米管組成的薄膜，這些碳納米管與碳纖維層垂直排列。
據(jù)說，這層薄膜就像一顆“納米尼龍鉚釘”，可以改善復合材料中最薄弱的環(huán)節(jié)，即層與層之間的接觸面，從而大大增強材料抵抗剪切和沖擊載荷的能力。 不僅 3D-UFCE 和 NAWA 公司還有另一項創(chuàng)新：。 這是一種使用碳納米管的混合結構電池。 得益于復合結構，這些電池針對熱剛度和電能存儲性能進行了優(yōu)化。
我覺得在未來，“和”的結合將有很大的潛力創(chuàng)造出可以儲存能量的多功能輕質高強度材料。 汽車重量。”
