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创新蓄电黄百海:打破锂电池的能量极限
时间:2014-07-17 15:52:47    来源:    网站首页    

美国创新蓄电公司(Enevate Corporation)CEO、美籍华人黄百海(Brian Wong)时常穿梭于美国加州和中国东南沿海各城市的电池制造产业群。虽已在职场打拼32 年,成功领导过两家创业公司,他仍然显得像现在所处的锂电池行业那样“能量充沛”——这已经是他第3 次加入创业公司。“我喜欢新鲜事物,喜欢做东西,喜欢把最新的技术变成产品带给消费者,并且改变人们的生活。”黄百海言语中的热情犹如他满头的黑卷发,让 你无法分辨他真实的年龄。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

作为一家专注锂电池创新的创业公司,创新蓄电的锂电池能量密度(energy density)比市场上现有锂电池产品高出30% 以上。能量密度是检验电池品质的核心指标之一,改善的目标是在重量越轻、体积越小的电池包中存储越来越多的能量。以我们熟悉的厂商比亚迪的锂电池为例,其 目前按照重量和体积分别可达到的实际比能量为100-125 瓦时/公斤和240-300 瓦时/ 升,风头正劲的特斯拉电动汽车Model S 所使用的松下18650 钴酸锂电池的能量密度为170 瓦时/ 公斤,而创新蓄电的新型锂电池能量密度可以达到250-350 瓦时/ 公斤和600-800瓦时/ 升。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

“伴随智能手机、消费电子、电动汽车等领域的快速发展,市场对电池能量密度的需求提升大约在年均15% 左右,但实际上过去几年锂电池能量密度的年平均改善率仅为3%-5%,按照目前的发展速度估算,我们的高能锂电池一上市就可以至少领先市场8 年。”黄百海信心满满地说。目前创新蓄电已经为手机和平板电脑厂商提供小批量供货,预计今年将实现大规模批量生产。“我们的颠覆性技术不仅让我们可以跨越 式提升电池能量密度,而且可以把电池做得很薄,这正是市场的普遍需求。”黄百海补充道。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站
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创新蓄电公司的技术缘自加州大学实验室。2005 年,在加州大学研究碳纳米MEMS 芯片的科学家Benjamin Park 博士发现他所研究的技术在电池、储能领域的广阔应用前景,并成立碳微电池公司(Carbon Micro Battery,创新蓄电公司的前身)。在一些种子研究基金的支持下,Park 博士的研究取得了一系列突破性研究成果。2008 年,碳微电池公司得到德丰杰(Draper Fisher Jurvetson)和使命投资(Mission Ventures)共计约500 万美元的首轮风险投资,这笔资金足够这个当时以科学家为主力的创始团队招兵买马,并从加州大学完全独立出来开发可以走向商业应用的产品。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

锂离子电池是到20 世纪90 年代初才正式实用化的新兴二次充电电池。相比于传统的铅酸电池、镍氢电池等,锂离子电池的优势特点显著,包括单体电池工作电压高、比能量大、无记忆效应、 环境友好等。无论是智能手机中更快的芯片、更大的屏幕,还是电动汽车更强劲的马力、更长的续航里程,所依托的瓶颈突破都指向“能量”。正因为如此,锂离子 电池在最近10 多年的发展中异军突起,受到市场和投资者的追捧。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

提升锂离子电池能量密度的主要方法有两种 :一是通过电池设计来提高。削减对产生电力没有贡献的部材,比如减薄正负极的集电体及隔膜、减少粘结剂及导电辅助材料等。但这种做法存在极限 ;二是增大电极活性物质(正负极)的单位重量或者单位体积的容量。锂离子电池的化学原理是充电时,锂离子从正极材料的晶格中脱出,经过电解质后插入到负极 材料的晶格中,使得负极富锂,正极贫锂;放电时逆向相反。对正负极材料的开发研究长期以来一直都在进行,比如正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等,但这 些材料不少已经接近理论极限的容量使用,突破性新材料的引入很可能要做“牵一发而动全身”的改变。相比之下,在负极材料的改进方面的空间仍然广阔。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

创新蓄电公司在其首先面世的高密度锂电池的技术创新就在于开发出了一种新型的硅复合负极材料。长期以来,锂电池的负极材料以石墨为主,但石墨为负极的电池 容量也已经接近理论极限。研究发现,硅作为锂电池负极材料潜力无限,其理论容量是石墨的10 倍以上。但目前的技术和工艺还无法直接将硅作为负极材料使用,硅碳负极材料是锂离子电池的技术发展的方向之一。TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

“做硅碳负极材料研究的机构很多,但他们大多数只是在高功率石墨电极中把硅作为附加物质进行添加,这种方式大大限制了硅作为负极材料活性的发挥,”黄百海 解释说,“而我们是真正创新了一种拥有自己结构的硅复合负极材料,这种新材料拥有100% 的活性,导电性能很高 ;不仅如此,它与当前锂电池体系中的正极材料、电解液、添加物等环节高度匹配,而且在生产工艺上也完全可以延用现有的工艺、设备和流程 ;在未来如果出现正极材料的创新,我们同样可以对接——所以我们认为这是一项锂电池领域的颠覆技术。”TYH中国出版传媒网_中国国家文化产业综合性门户网站

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