第076章：固态晶格能量电池(5000字) (第1/2页)
　　
　　嘉宁市。
　　
　　元界智控总部研发实验室。
　　
　　陆安回到公司便着手在公司内部物色人员，组建一个电池研发团队，推进解决武装机器人的电池技术。
　　
　　现在市面上的主流锂电池，其能量密度大致在125至150Wh/kg之间。
　　
　　武装机器人是耗能大户，这点电池能量密度根本就是杯水车薪。
　　
　　目前用在武装机器人身上的电池，采用的就是市面上的主流商用锂电池，能量密度在130Wh/kg左右。
　　
　　电池85公斤的重量，充满电也就在10.5度电左右。
　　
　　武装机器人全功率运行，一小时就得消耗5度左右的电量，10度电也就只有2小时的续航时长。
　　
　　想让武装机器人具备实战基础，续航时长至少要提高十倍以上。
　　
　　短时间内，现在的那些电池厂商是肯定做不到的。
　　
　　不过对于陆安来说是轻松拿捏，超高能量密度电池暂时不搞，先拿出一个高能量密度电池方案来。
　　
　　回到公司后，陆安就快速新建文件夹：
　　
　　【拓普离子晶格-液态金属复合固态电池，简称“固态晶格能量电池”】
　　
　　这种电池是利用具有特殊拓扑结构的固态离子导体作为骨架和电解质，结合室温液态金属负极和新型高容量正极材料，实现高能量密度、快速充放电，同时兼具优异的安全性。
　　
　　固态晶格能量电池的能量密度是当前顶级锂电池的8到20倍以上。
　　
　　陆安打算给第一代固态晶格能量电池定在2500至3000Wh/kg峰值，但这还不是该电池的峰值极限，其理论值上限是可以达到6000至7500Wh/kg之间。
　　
　　能量密度是衡量电池性能的关键指标，表示单位质量或体积的电池所能储存的能量。
　　
　　而2500-3000 Wh/kg的能量密度，意味着每千克电池可以储存2500-3000瓦时的电能，相当于当下还没走出实验室的顶级锂电池的8至20倍水平。
　　
　　陆安设计的固态晶格能量电池，其负极材料为“室温液态金属合金”，采用镓-铟-锡合金的改良变体，掺杂少量元素锌、铋以优化性能，在室温下保持液态。
　　
　　液态金属的流动性从根本上消除了枝晶生长的可能性，解决了固态电池最大的安全隐患。
　　
　　在充放电过程中，液态金属可以自由流动，完美适应体积变化，尤其是在与高容量正极材料配对时，不会产生应力导致结构破坏。
　　
　　液态金属与固态电解质之间可以形成几乎完美的自适应接触界面，显著降低界面阻抗。
　　
　　充放电时，液态金属中的活性金属失去电子形成阳离子，通过固态电解质迁移到正极侧参与反应。
　　
　　放电时，阳离子返回液态金属并重新获得电子沉积回液态合金中。
　　
　　由于是合金，沉积/溶解过程发生在整个液态体相中，避免了局部浓度极化。
　　
　　室温液态金属合金的优势是安全性极高、体积变化适应性极佳、界面阻抗低、理论容量高。
　　
　　该电池的正极材料采用拓扑离子导体兼容型复合物，该材料能进行多电子氧化还原反应，提供高比容量。
　　
　　具有纳米级孔道的拓扑离子导体材料，不仅作为电子/离子混合导体，其特殊的孔道结构能精确容纳和引导从电解质迁移过来的阳离子，确保它们高效地嵌入/脱嵌到活性材料晶格中，同时约束活性物质的溶解流失。
　　
　　在复合物中引入少量元素硫或有机硫化物，利用其极高的理论容量，通过拓扑骨架的物理和化学约束作用，有效抑制多硫化物穿梭效应。
　　
　　充放电时，阳离子通过固态电解质和正极内部的拓扑离子通道，嵌入/脱嵌到氟代聚阴离子化合物的晶格中，伴随多电子转移反应，拓扑骨架提供高速离子/电子通路，并稳定活性物质结构。
　　
　　该电池的固态电解质，陆安采用了“应力/应变自适应的三维拓扑离子晶格”，这是核心技术。
　　
　　其基础材料是基于稀土元素氧化物的特殊超离子导体，该材料在原子/分子尺度上具有类似“手性螺旋通道”的非平凡拓扑结构。
　　
　　这种结构拓扑通道为离子提供了极低势垒的迁移路径，即使在室温下也能实现接近液态电解质的离子电导率。
　　
　　拥有完美的电子绝缘性，防止内部短路。
　　
　　拓扑通道的尺寸和化学环境经过陆安的精确设计，实现只允许特定大小和电荷的阳离子高效通过，阻挡其他离子和电子。
　　
　　固态晶格能量电池的整体结构，负极集流体具有微通道结构的惰性导电材料用于容纳和引导液态金属流动，并提供电子通路；复合正极层由高容量多电子反应活性材料、拓扑离子导体骨架/包覆层和导电添加剂混合压制而成。
　　
　　液态金属负极浸润在负极集流体的孔隙通道中，固态电解质层是致密、超薄的拓扑离子导体隔膜。
　　
　　固态晶格能量电池制造工艺则是另一大核心科技。
　　
　　其一是拓扑离子导体(TIC)的合成，陆安的解决方案是分子级拓扑结构引导外延沉积。
　　
　　具体上，可以使用超高真空、超精密控制的分子束外延，在特定纳米图案如手性螺旋、分形结构的点阵列模板进行沉积。
　　
　　沉积过程中，需要精确调控能量束流，可用离子束或激光干涉，诱导沉积材料中的物质按照预设的拓扑构型进行排列和键合。
　　
　　最终形成具有宏观尺寸、完美三维拓扑离子通道网络的单晶或多晶薄膜，模板可在后续步骤中温和去除或转化为材料的一部分。
　　
　　电池的复合正极制备是将氟代聚阴离子前驱体、硫源、拓扑离子导体粉末、导电剂按精确比例混合。
　　
　　在特定气氛下进行拓扑结构引导烧结/热处理，该过程利用TIC粉末自身的拓扑特性，引导活性物质在其表面或孔道内结晶生长，形成紧密结合的复合结构，最后压制成型。
　　
　　而负极集流体的处理则是对多孔集流体进行表面改性，以增强对液态金属的润湿性和稳定性。
　　
　　固态晶格能量电池的组装也是高技术活儿，需要在严格的无水无氧环境中进行，依次迭放：正极集流体、复合正极层、 TIC固态电解质隔膜、注入液态金属合金、负极集流体。
　　
　　然后施加温和的压力确保各层紧密接触，最后封装在刚性的金属外壳或柔性复合材料中，封装设计也需考虑液态金属的流动性和可能的体积微小变化。
　　
　　毫不夸张的说，陆安把固态晶格能量电池搞出来，这一整套流程体系，可以诞生上百篇顶级学术论文。
　　
　　不过陆安是个务实派选手，没那个闲工夫去搞学术论文，他也不可能对固态晶格能量电池的关键技术申请专利保护，因为申请专利需要公布技术细节。
　　
　　比如电池的复合正极制备按精确比例混合，这只有陆安知道。
　　
　　不知道其中的比例，那就造不出来，或者达不到预期效果，只要陆安不公布，别人除非运气逆天能蒙对。
　　
　　真有人能靠蒙搞出来，陆安也服气地送出“算你厉害”四个字。
　　
　　但即便这个技术点蒙对了，也只是打通了一个关卡而已，还有其他一系列核心“黑科技”都要搞定，才能制作出完整的固态晶格能量电池。
　　
　　显然，真正具备高垄断壁垒的技术，去申请专利才是傻子操作。
　　
　　超高的技术垄断壁垒就是对技术最好的保护。
　　
　　没有我，你就是搞不定。
　　
　　没有我，你就是玩不转。
　　
　　毫无疑问，陆安推动开发的固态晶格能量电池放在当代，在电池领域是具有划时代意义的革命性产品。
　　
　　它的优势很多，高能量密度、超快充电能力、高安全性。
　　
　　
　　
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