釩陽極用于快速充電或可延長電池壽命

TYFAST

為了實現電動汽車可以行駛1000英里或手機一次充電可以運行數天的愿景，大多數電池開發商正在競相生產在相同重量下可以儲存兩倍能量的電池。

大多數鋰離子電池的研究主要集中在提高能量密度上，但初創公司TyFast首席執行官兼聯合創始人GJ la O’表示，其研究所不同的是，通過在電池容量方面妥協，以實現快速充電和更長的生命周期。

該公司希望制造一種基于新型釩基陽極材料的電池，這種材料可以在3分鐘內充電，并以能量密度為代價運行20000次充電循環。La O'表示，能量密度可能是當今電池的80%到90%。La O'和該公司的聯合創始人兼首席技術官Haodong Liu計劃在6月初獲得的新Activate fellowship的幫助下開發一款商業產品?！拔覀兊闹攸c是比今天的鋰電池充電速度快20倍，壽命長20倍。這意味著，我們將提供與上一代設備相同的運行時間，但充電速度非常非?？欤灾劣谀愫雎猿叽绾湍芰棵芏??！?/p>

這種折衷方案適用于其預期的始終在線、高利用率的應用，例如需要全天候工作的自動倉庫或交付機器人。Tyfast的電池可以通過非常短的快速完成充電來實現這一點。

“今天的機器人平臺利用電池組，可以運行8到10個小時，”研究人員表示，“如果你有一個更快的充電電池，那么相當于一個可以運行4到5小時的電池組。更小的電池組將意味著機器人每次旅行攜帶更多的負載，因此它將更有效率。”

鋰離子電池的充電時間受鋰離子進出陽極的速度限制。通常用于陽極的石墨現在具有平面結構，離子在層間滑動。

Tyfast取而代之的是一種由鋰釩氧化物制成的陽極，這種材料具有類似于食鹽的3D晶體結構。離子以三維形式在晶體中移動，使傳輸速度達到石墨的10倍。

加州大學圣地亞哥分校納米工程師、Tyfast聯合創始人Ping Liu等人于2020年在《自然》雜志上首次報道了LVO陽極，該陽極在充電和放電時的膨脹和收縮也小于石墨。石墨的體積變化率高達10%，而LVO的膨脹率不到2%。la O’解釋說，“這可以減少陽極的機械和化學損傷，延長電池壽命。我們的技術正試圖克服石墨設定的這種材料限制。”

然而，按重量計，石墨可以比LVO容納更多的離子，從而提供更高的電池能量密度。一些公司正在開發納米工程硅或鋰金屬陽極，其能量密度將是石墨的兩倍，以實現更長的電動汽車行駛里程。這些材料的挑戰還在于其極高的體積膨脹，可能會使陽極破裂。

Tyfast的LVO陽極可能更堅固，但其更高的成本可能是其缺點。它的價格幾乎是石墨的兩倍，每公斤超過20美元。la O’表示，具有LVO陽極和鎳錳鈷（NMC）陰極的電池將比石墨NMC電池貴30%到50%。但LVO的更長壽命可以彌補其更高的成本。他補充道：“如果你將其用于像自動機器人這樣的一直在線應用程序中，LVO的持續時間更長，因此你的每個充電周期的成本更低。”

在推出機器人之前，該公司最初的目標是可穿戴設備市場。la O’說，它有幾個客戶在排隊，其中包括一個主要的消費電子品牌。在實驗室里，它正在制造信用卡和糖包大小的電池。這些原型使用LVO陽極和商用NMC陰極和電解質，迄今為止，充電周期超過2000次，充電時間不到15分鐘。

到今年年底，該團隊計劃達到20000次循環，且充電時間不超過3分鐘?！拔覀兊脑妇笆鞘褂肨yfast電池的消費電子設備，讓你更快地恢復活力，”研究人員說，“想象一下，在你喝杯咖啡休息的時間后，你的設備就會充滿電了。”