电动汽车革命要来了？

材料牛注：大牛们一直在思考，也一直在突破。Goodenough教授实验室研发的玻璃固态电解液在保证电池高能量密度、长循环寿命的同时，安全性能大大提高。这一新材料能否代替现有技术，实现商业化并引发电动汽车革命？我们拭目以待。

他是94岁的锂离子电池共同发明者。她是有着开发高性能电池目标的物理学家。他们能共同合作开发新技术，使我们摆脱对化石燃料的依赖，并引发电动汽车（EV）革命吗？

2014年，波尔图大学（the University of Porto）物理学家Maria Helena Braga发表了一篇关于新型超离子玻璃的论文，该材料在一定温度范围内的低离子导电性和相对金属而言较差的稳定性解决了阻碍固体电解质用于商业电池的问题。

该论文引起了一些公司的注意，他们有意促进这种玻璃的商业化。其中包括能源存储公司Pathion的执行官Andrew Murchison，他与得克萨斯大学奥斯汀分校（UT）的知名固态物理学家John Goodenough合作，加入了高级能源研究计划署（ARPA-E）。

最后一个大想法

除了锂电领域关键突破之一——锂钴氧化物正极材料的发现，电池从未离开过Goodenough的脑海。他的待办事项之一就是发明一个电池，结束我们对化石燃料的依赖。

Murchison将Braga的工作介绍给教授，一年内，她把玻璃材料引入了他的实验室。她回忆说，由于玻璃是用水合成的，而锂是一种与水剧烈反应的金属，因此最初大家都怀疑它是否能与锂一起工作。

“开始时，在实验室我们每次都必须证明玻璃是如何工作的，”她告诉New Atlas。在那一年中，每月她都要飞往奥斯汀并在实验室工作至少一个星期。作为Goodenough实验室的客座研究员，有充足的时间允许她更好地了解玻璃中不同元素的化学计量比——用于预测反应物和所得产物的量。她进而模拟了不同的玻璃了解其性能，并开发了新的更好的玻璃状电解质。

更好的电池？

用结果证实理论的正确性看起来像是改变了游戏规则——至少在书面上。新电池价格合理？没错。安全？是的。电池寿命长，体积能量密度高，充电速率快？完全正确。

与液体电解质不同（会引起智能手机和气垫船爆炸），新电池技术中的玻璃电解液不会带来过热或爆炸的风险。据研究人员说，玻璃电池的能量密度是锂离子电池的三倍，早期的测试表明电池电阻低能够进行1,200次充放电循环，电池具有更长的使用寿命。

另一个值得注意的特点是玻璃电解质能够在-20℃至60℃（-4至140°F）温度范围内良好地运行，这意味着装有该电池的EV能够在零下和极热的环境下运行，不同于传统的锂离子电池，无燃料效率的损耗。

这种电池还具有可持续性，因为除了锂之外，玻璃电解质可以掺杂钠（海水中的元素），从而避免金属开采过程中对环境影响。

最后，尽管关于该技术的细节不多，但是如本专利申请所概述的那样，电池也可以叠加作为超级电容器使用。根据该文献，该装置将具有两个自主模式，其中超级电容器功能能够存储“比现有电容器更多的能量”，并且可以进行一秒甚至更短时间的瞬时放电。

第一印象

关于这种新电池技术的新闻的出现，加之Goodenough的名气，引发了电池领域专家们的好奇心。MIT材料科学与工程教授Donald Sadoway的评价最高。“当John Goodenough发布公告时，我注意到了，”他告诉IEEESpectrum，“他是该领域的大牛，是一个了不起的科学家，所以，他的声明是值得关注的。

能源研究中心CIC Energigune的电池专家Michel Armand对Goodenough的这一革命性的发现也有了解。毕竟，他是第一个认识到磷酸铁锂（科学家实验室的另一个突破）潜能的科学家，而在当时它只是一篇学术论文的主题。他甚至搭第一班飞机飞往奥斯汀，以获得他的咨询公司Hydro-Québec在北美地区对该物质的所有权。这一次，他的回应比较中立。

他在New Atlas上说：“Braga-Goodenough的材料令人惊讶，它们的导电性很高，以氢氧化锂和氯化锂这类简单化合物为原料即使在低温下也易于制备。然而，论文写作方式有些奇怪，我想看到一个更传统的研究结果，包括相图、不同掺杂条件下的导电性、稳定电化学窗口和电池测试实验。”

对于这方面，Sadoway说，他不太关心电池充电的速度，而更想知道它的能量保持率有多高。他在同一IEEE报告中说：“我最关心的是容量衰减和使用寿命，”

重要新闻

另一方面，这一技术是创新的，但据行业分析师预测，这样的电池市场化还需要很长时间。

IDTechEx研究公司的Lorenzo Grande告诉我们，由于电池仍然只是实验室规模，所以市场化至少需要10年时间。但他补充说，制造过程的加快最终会使这一时间缩短。他预测固态电池的市场份额预计将在2027年达到70亿美元，并提到了目前市场的发展。如丰田宣布，他们正在测试一个完全由无机固态锂离子电池供电的高尔夫球车。他指出：“虽然性能不高（200 Wh / L），但这对于汽车行业来说是一个重要的突破，宝马和现代等公司已经在这一领域展开研究。”

LUX Research的Chris Robinson对这一发展并不乐观。他在北美能源新闻博客中说：“如果它性能确实如此，这对未来15年的电动汽车发展没有明显的影响。”他还指出制造过程也缺乏可扩展性和成本效益。即使电动车制造最终转向固态电池，因为更容易大规模制造，聚合物电解质电池也会首先出现。

Goodenough并不受这些评价的干扰，他更关注于这一成果，这将是他职业生涯的最后一个有利于社会的发明。

IEEE Spectrum介绍，他和他的团队正在申请几项专利，他说，新电池的负极和电解质“或迟或早将等到她的黄金时间”。剩下的就是找到合适的正极使这项技术成为主流。之后的商业化发展，就交给电池制造商了。

原文链接：Can the Goodenough lab invent the battery to jumpstart the electric car revolution?

文献链接：Alternative strategy for a safe rechargeable battery.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，谷雨星翻译，黄超审核；点我加入材料人编辑部。

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