隨著在醫(yī)療設(shè)備、電動汽車、航空航天設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，鈮-石墨烯電池正在 NUS 和CBMM啟動的價值380萬美元（500萬新元）的新高科技實驗室中進(jìn)行測試。

電池在為許多現(xiàn)代設(shè)備提供動力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如手機、心臟起搏器和電動汽車。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池存在安全風(fēng)險、生命周期短和充電時間長等局限性。新加坡國立大學(xué)（NUS）先進(jìn)二維材料中心（CA2DM）是石墨烯和其他二維（2D）材料研究的創(chuàng)新者，CBMM是鈮產(chǎn)品和技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，該中心開發(fā)的鈮-石墨烯電池將解決所有這些問題。

這些電池正在新的CBMM-CA2DM先進(jìn)電池實驗室進(jìn)行測試，該實驗室由新加坡國立大學(xué)和CBMM于2023年5月23日啟動，由新加坡國家研究基金會支持，連續(xù)三年聯(lián)合投資了380萬美元（500萬新元）。

“CBMM-CA2DM先進(jìn)電池實驗室是新加坡科技含量最高、設(shè)備最齊全的地方，旨在探索電池技術(shù)的新領(lǐng)域。該實驗室為研究人員提供了先進(jìn)的設(shè)備來創(chuàng)造新的固體電解質(zhì)，制造各種電池形式，并最終將他們的創(chuàng)新付諸實踐。CA2DM主任 Antonio H. Castro Neto教授說：“我們在鈮-石墨烯電池的開發(fā)方面取得了重大進(jìn)展，證明了這些電池在安全性、效率和可持續(xù)性方面的改變?！?/p>

重新思考電池性能

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鈮-石墨烯電池具有更高的性能和安全性。此外，鋰離子電池中易揮發(fā)和易燃的液體電解質(zhì)將被含鈮固體電解質(zhì)所取代，進(jìn)一步提高新型電池的安全性和能量密度。

鈮-石墨烯電池的優(yōu)勢包括：

? 長生命周期：性能持續(xù)時間比傳統(tǒng)鋰離子電池長10倍（估計約為30年），使其更加耐用和可靠。

? 安全：在安全電壓范圍內(nèi)操作，在不會過熱的情況下安全放電，防止意外損壞。

? 快速充電：10分鐘即可充滿電，更加方便。

? 提高性能：鈮可增強導(dǎo)電性并穩(wěn)定主體結(jié)構(gòu)，從而提高電池倍率性能和長周期的穩(wěn)定性。

? 可持續(xù)性：鈮是一種相對豐富且環(huán)保的材料，使這種電池成為傳統(tǒng)鋰離子電池更可持續(xù)的替代品。

鈮用作電池負(fù)極的主要活性材料，同時也用作正極的添加劑。另一方面，石墨烯用于負(fù)極和正極以提高電子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在負(fù)極中，鈮材料獨特的晶體結(jié)構(gòu)有利于在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下快速充電。在正極中，鈮材料可以提高離子電導(dǎo)率并保護(hù)活性材料免于降解。此外，石墨烯的低密度特性顯著提高了兩個電極的電子傳導(dǎo)性，而不會影響電池的整體能量密度。

鈮-石墨烯電池的最終原型預(yù)計將于2024年第一季度完成。

“由于使用壽命更長，與現(xiàn)有的鋰離子電池相比，新型石墨烯-鈮電池顯著降低了總擁有成本，并具有超快充電能力。此外，它們提供了更高的安全性，即使在高溫下也不會爆炸，”CBMM全球電池主管Rogerio Ribas說。“第一批在陰極和陽極上結(jié)合鈮應(yīng)用的電池，還具有更高的輸入和輸出功率、更寬的工作溫度范圍和更好的充電狀態(tài)等優(yōu)勢，因此可以為特定市場開發(fā)，例如商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，包括混合動力車輛（鐵路、卡車和乘用車）、重型應(yīng)用、內(nèi)部物流、無繩電動工具等的再生制動系統(tǒng)?！?/p>

新實驗室配備了最先進(jìn)的設(shè)施，用于研究和制造先進(jìn)的鈮基電池和固體電解質(zhì)。由于其高性能，鈮-石墨烯電池具有廣泛的潛在應(yīng)用，包括心臟起搏器和除顫器等醫(yī)療設(shè)備，以及衛(wèi)星和航天器等航空航天設(shè)備，所有這些都需要長循環(huán)壽命和高安全性標(biāo)準(zhǔn)。其他潛在應(yīng)用包括電動汽車和消費電子產(chǎn)品。

“隨著對可持續(xù)和高性能能源解決方案的需求不斷增加，CBMM-CA2DM先進(jìn)電池實驗室標(biāo)志著企業(yè)與研究機構(gòu)之間建立了強有力的合作伙伴關(guān)系，并提供令人興奮的實際應(yīng)用。在新加坡國立大學(xué)，我們不斷尋求突破創(chuàng)新的界限，我們期待實驗室為科學(xué)技術(shù)和行業(yè)做出新的貢獻(xiàn)，”新加坡國立大學(xué)副校長（創(chuàng)新與企業(yè)）兼CA2DM董事長Chen Tsuhan教授說。

為電池技術(shù)的進(jìn)一步突破做好準(zhǔn)備

CBMM-CA2DM先進(jìn)電池實驗室是新加坡首個配備端到端定制電池制造和測試的先進(jìn)電池實驗室。該實驗室的主要功能包括一個電解液處理單元和一個濕度低至1%的干燥室，可以處理對濕度敏感的電池材料。干燥室還與一系列手套箱無縫連接，為電池組裝創(chuàng)造了惰性氣氛。確保了整個過程的零污染。

實驗室設(shè)計還允許每月測試數(shù)千個原型。該實驗室擁有先進(jìn)的電池測試設(shè)備，可以進(jìn)行充電和放電循環(huán)、研究工作和退化機制，并預(yù)測所生產(chǎn)電池的耐久性。此外，該實驗室擁有的設(shè)備可以讓研究人員制造各種形式的電池，例如不同尺寸的紐扣電池和軟包電池。

展望未來，該實驗室的目標(biāo)是用各種材料測試和創(chuàng)造更先進(jìn)、更新穎的電池，并與當(dāng)?shù)匮芯繖C構(gòu)、院系和行業(yè)合作，開發(fā)電池前沿技術(shù)。一項高科技目標(biāo)是開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，這種技術(shù)不需要任何易燃液體，使其完全安全。實驗室內(nèi)還將建立一個工業(yè)空間，允許外部公司開發(fā)和測試電池原型，以滿足他們的商業(yè)需求。

審核編輯 ：李倩