跳动城乡网电动汽车的电池决定了一次充电可以行驶多远以及充电速度有多快。然而，锂离子电池是当今使用最广泛的电动汽车电池，但它也有其局限性——在容量、安全性和可用性方面。因为锂是一种昂贵且对环境有害的材料，而且这种相对稀有的金属的稀缺性可能会阻碍汽车运输的绿色转型。
随着越来越多的人转向电动汽车，我们需要开发新一代无锂电池，这种电池至少具有同等的效率，但更环保，生产成本更低。这需要为电池的主要成分(阳极、阴极和电解质)开发新材料，并开发新的电池设计。
这是目前正在世界各地研究人员研究的一个研究领域，因为当我们找到电池的新“配方”时，它将能够显著减少运输部门的碳排放。
在丹麦技术大学，研究员MohamadKhoshkalam发明了一种有可能取代未来超级电池中锂的材料：基于钾和钠硅酸盐的固态电池。这些是岩石硅酸盐，是地壳中最常见的矿物之一。它存在于你在海滩上或花园里捡到的石头中。
这种新材料的一大优点是它对空气和湿度不敏感。这使得它可以被模制成电池内部薄如纸的一层。
专利超离子材料
这种乳白色、薄如纸的材料以硅酸钾为基础，潜力巨大。它是一种廉价、环保的材料，可以从覆盖地球表面90%以上的硅酸盐中提取。这种材料可以在40度左右传导离子，而且对水分不敏感。
这将使电池的规模化和未来的生产更加容易、安全和便宜，因为生产可以在开放的空气中和接近室温的温度下进行。该材料还无需添加昂贵且对环境有害的金属，例如钴，而钴目前用于锂离子电池以提高容量和使用寿命。
“人们早就知道硅酸钾作为固态电解质的潜力，但在我看来，由于钾离子的重量和尺寸问题，这一潜力一直被忽视。钾离子很大，因此移动速度较慢，”MohamadKhoshkalam说。
要理解MohamadKhoshkalam的发现，首先必须了解电解质在电池中发挥的关键作用。电池中的电解质可以是液体或固体材料——即所谓的固态电解质。电解质允许离子在电池的阳极和阴极之间移动，从而维持放电和充电期间产生的电流。换句话说，电解质对于电池容量、充电时间、寿命和安全性至关重要。
电解质的导电性取决于离子在电解质中的移动速度。岩石硅酸盐中的离子通常比锂基液体电解质或固态电解质中的离子移动得慢，因为它们更大更重。但MohamadKhoshkalam找到了一种超离子材料——硅酸钾的配方，以及一种使离子移动速度比锂基电解质更快的工艺。
“对电池组件的首次测量表明，该材料作为固态电解质具有非常好的导电性。我不能透露我是如何开发这种材料的，因为配方和方法现在已获得专利，”MohamadKhoshkalam继续说道。
将粉末与粘合剂和溶剂混合，然后将液体溶液倒在滚筒上，滚筒将材料滚成薄层。评估溶液的质量，以制造缺陷较少的固体电解质。图片来源：FridaGregersen
大家都在等待的电池
研究人员和电动汽车制造商都认为固态电池是未来的超级电池。最近，丰田宣布他们预计将在2027-28年推出一款配备锂固态电池的电动汽车。然而，此前有几家汽车制造商宣布推出配备固态电池的电动汽车，但随后又退出了。
在固态电池中，离子会穿过固体材料，而不是液体，就像超市中可以买到的普通AA+锂离子电池一样。这样做有几个优点;离子可以更快地穿过固体材料，使电池更高效，充电速度更快。
单个电池单元可以做得像一块纸板一样薄，其中阳极、阴极和固态电解质都是超薄的材料层。这意味着我们可以制造占用空间更小、功率更大的电池。这在路上带来了好处，因为您只需充电10分钟即可行驶1,000公里。此外，固态电池更防火，因为它不含可燃液体。
然而，在固态电池面市之前，我们还需要解决几个挑战。该技术在实验室中效果很好，但很难大规模推广，成本也很高。首先，材料和电池研究既复杂又耗时，因为材料非常敏感，需要先进的实验室和设备。我们今天使用的锂离子电池花了20多年的时间才开发出来，而且我们仍在开发它们。
其次，我们需要开发新的电池生产和密封方法，以便电池单元中的超薄材料层不会破裂并保持连续接触以便工作。在实验室中，可以通过在高压下将电池单元的各层压在一起来解决这个问题，但很难转移到由许多电池单元组成的商用电动汽车电池上。
固态岩石电池是高风险技术
与锂固态电池不同，基于钾硅酸盐和钠硅酸盐的固态电池的TRL(技术就绪水平)较低。这意味着从实验室发现到将技术推向社会并产生影响还有很长的路要走。我们最早可以在市场上的新型电动汽车中看到它们，是10年后。
这也是一项高风险技术，商业成功的机会很小，技术挑战很多。尽管如此，MohamadKhoshkalam仍然充满乐观，他说：“我们已经证明，我们可以找到一种固态电解质材料，它既便宜、高效、环保、可扩展，甚至比固态锂基电解质性能更好。”
在丹麦技术大学实验室发现该技术一年后，穆罕默德·霍什卡拉姆(MohamadKhoshkalam)获得了该配方的专利，并正在建立初创公司K-Ion，该公司将为电池公司开发固态电解质组件。
MohamadKhoshkalam及其团队的下一步是开发一款演示电池，向公司和潜在投资者展示这种材料的有效性。原型预计将在1-2年内完成。
