电池制造项目开发新型激光图案化工艺来改变电极微观结构

哥谭市的骑士拥有令人印象深刻的技术奇迹，但美国能源部(DOE)国家可再生能源实验室(NREL)的超级英雄科学家也拥有自己的尖端能力。

最近的一个电池制造项目(被亲切地称为“蝙蝠侠”)开发了一种新颖的激光图案化工艺来改变电池电极材料的微观结构。该项目汇集了来自NREL、Clarios、AmplitudeLaserGroup和LiminalInsights的专家。这种革命性的制造工艺可以显着改善电气化交通，引领人们走向更光明、更可持续的未来。

NREL薄膜和制造科学小组的项目联合负责人兼高级科学家BertrandTremoletdeVillers表示：“BatMan以NREL的专业知识为基础，利用激光烧蚀、先进的计算模型和材料表征来解决电池制造中的关键挑战。”

“这种新的高通量激光图案化工艺通过最先进的卷对卷制造技术进行了大规模演示，它使用激光脉冲快速、精确地修改和优化电极结构，从而实现电池性能的巨大飞跃以最小的附加制造成本。”

结构性挑战表明需要创新

国际清洁交通理事会表示，电动汽车(EV)已被确定为交通运输行业脱碳最重要的单一技术。然而，据估计，到2030年，电动汽车的销量将需要达到全球市场的35%，才能在2050年实现温室气体净零排放。

此外，美国国家交通脱碳蓝图将清洁电力驱动的电动汽车列为我们国家战略的重要组成部分。电池技术的持续进步可以使电动汽车充电更快、行驶更远，从而提高能源效率并加速客户采用。

优化电池性能的秘诀在于电极，即带正电和负电的导体，通过离子的运动产生电流。电极的材料组成、厚度和结构设计会影响电池容量、电压和充电速度。

例如，将电极厚度从50μm加倍至100μm可使电池单元的能量密度增加约16%。然而，厚度的增加使得在不造成锂镀层长期损坏的情况下对电池快速充电变得更加困难，从而缩短电池寿命。

更厚的电池电极也给电池制造商带来了新的担忧。组装电池后，制造商开始润湿过程，将液体电解质注入电池中，以促进电极之间的离子流动。

将电极想象成一块干海绵;在润湿过程中，液体电解质必须均匀地扩散并吸收到固体表面中。润湿不足会阻碍离子传输，导致充电和放电速率减慢、能量密度降低以及电池效率降低。然而，润湿成本高昂且耗时，并且较厚电极的较大表面积可能会增加该过程的复杂性。

电动汽车行业需要突破性的电池设计，将更厚的电极和极快充电的优点结合起来，而不增加制造成本。蝙蝠侠研究团队正在响应号召，推出优化电极结构和简化电池生产的工艺。