全固態(tài)電池由陰極復(fù)合層、硫化物固體電解質(zhì)層和無碳微硅陽極（左）組成。化學(xué)反應(yīng)（中間）引起微硅顆粒的膨脹和致密化，形成致密的鋰硅合金電極（右）。圖片由加州大學(xué)圣地亞哥分校提供
加州大學(xué)圣地亞哥分校的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種新型電池，將兩個(gè)有前途的子領(lǐng)域編織成一個(gè)產(chǎn)品。他們使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極來生產(chǎn)硅全固態(tài)電池。最初的幾輪測(cè)試表明，新電池安全，持久且能量密集。
"通過這種電池配置，我們?yōu)槭褂霉璧群辖痍枠O的固態(tài)電池開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域，"可持續(xù)材料和能源實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的Darren Tan博士說。Tan與LG Energy合作開展了該項(xiàng)目，最近共同創(chuàng)立了一家名為UNIGRID Battery的初創(chuàng)公司，該公司已獲得該技術(shù)的許可。
"硅陽極以其能量密度而聞名，其能量密度是當(dāng)今商用鋰離子電池中最常用的石墨陽極的10倍，"Tan解釋說。"另一方面，硅陽極因其在電池充電和放電時(shí)如何膨脹和收縮以及它們?nèi)绾闻c液體電解質(zhì)降解而臭名昭著。這些挑戰(zhàn)使全硅陽極遠(yuǎn)離商用鋰離子電池，盡管其能量密度誘人。
"具有高能量密度的下一代固態(tài)電池一直依賴金屬鋰作為陽極，"Tan指出。"但是，這限制了電池充電速率，并且在充電過程中需要升高溫度（通常為60°C或更高）。硅陽極克服了這些限制，允許在室溫到低溫下更快的充電速率，同時(shí)保持高能量密度。
Tan和他的同事們展示了一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的全電池，可在室溫下提供500次充電和放電循環(huán)，容量保留率為80%。
幾十年來，電池制造商一直將硅視為一種能量密集的材料，以混合或完全取代鋰離子電池中的傳統(tǒng)石墨陽極。從理論上講，硅提供的存儲(chǔ)容量大約是石墨的10倍。
然而，在實(shí)踐中，將硅添加到陽極的鋰離子電池通常會(huì)遭受實(shí)際性能問題。特別是，電池在保持性能的同時(shí)可以充電和放電的次數(shù)不夠高。
"大部分問題是由硅陽極與它們配對(duì)的液體電解質(zhì)之間的相互作用引起的，"Tan說。"由于硅顆粒在充電和放電過程中的大體積膨脹，情況變得復(fù)雜。隨著時(shí)間的推移，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的容量損失。
Tan和他的同事們消除了通常與全硅陽極一起使用的碳和粘合劑。此外，他們使用微硅，這比納米硅便宜。除了從陽極中去除所有碳和粘合劑外，工程師還移除了液體電解質(zhì)。相反，他們使用了硫化物基固體電解質(zhì)。
"固態(tài)硅方法克服了傳統(tǒng)電池的許多局限性，"Tan說。"它為我們提供了令人興奮的機(jī)會(huì)，以滿足市場(chǎng)對(duì)更高容量能源，降低成本和更安全電池的需求。
新技術(shù)為自動(dòng)駕駛汽車提供"X射線視覺"
澳大利亞工程師開發(fā)了一種系統(tǒng)，使自動(dòng)駕駛汽車能夠跟蹤隱藏在建筑物后面的移動(dòng)行人和被汽車，卡車或公共汽車遮擋的騎自行車的人。該技術(shù)使車輛能夠打破車載感知傳感器的物理和實(shí)際限制，并通過使用穿透行人盲點(diǎn)的X射線式視覺來提高感知質(zhì)量和魯棒性。
一種新系統(tǒng)使自動(dòng)駕駛汽車能夠跟蹤隱藏在建筑物后面的移動(dòng)行人和被汽車卡車或公共汽車遮擋的騎行車的人。圖片由Cohda Wireless提供
"這是人類駕駛和自動(dòng)駕駛汽車的游戲規(guī)則改變者，我們希望這將大大提高道路運(yùn)輸?shù)男屎桶踩裕?悉尼大學(xué)航空航天，機(jī)械和機(jī)電一體化工程學(xué)院名譽(yù)教授Eduardo Nebot博士說。他與澳大利亞現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人中心，Cohda Wireless和iMOVE合作研究中心進(jìn)行了研究。
"使用集體感知，聯(lián)網(wǎng)車輛能夠跟蹤被建筑物視覺阻擋的行人，"Nebot解釋說。"這是在其本地感知傳感器或駕駛員可能看到拐角處的同一行人之前幾秒鐘實(shí)現(xiàn)的，為駕駛員或?qū)Ш蕉褩Ｌ峁┝祟~外的時(shí)間來對(duì)這種安全隱患做出反應(yīng)。
使用路邊智能交通系統(tǒng)（ITS）站，車輛可以使用車輛對(duì)X（V2X）通信與他人共享他們"看到"的內(nèi)容。該系統(tǒng)通過允許車輛利用各種觀點(diǎn)來顯著增加車輛的感知范圍。
根據(jù)Nebot的說法，該技術(shù)可以使所有車輛受益，而不僅僅是那些連接到這種系統(tǒng)的車輛。這些應(yīng)用程序正在由Cohda商業(yè)化，涉及一種稱為合作或集體感知（CP）的新興ITS技術(shù)。
Nebot及其同事進(jìn)行的另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展示了集體感知如何允許車輛安全地與行走的行人進(jìn)行交互，車輛的反應(yīng)基于路邊ITS站提供的感知信息。這個(gè)為期三年的項(xiàng)目還展示了聯(lián)網(wǎng)車輛在與沖向指定交叉區(qū)域的行人互動(dòng)時(shí)的預(yù)期行為。
"使用ITS系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛汽車設(shè)法采取先發(fā)制人的行動(dòng)：根據(jù)行人的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)，在行人過馬路區(qū)域之前制動(dòng)和停車，"Nebot說。
"行人跟蹤、預(yù)測(cè)、路徑規(guī)劃和決策都是基于從ITS路邊站收到的感知信息，"Nebot解釋說。"集體感知使智能車輛能夠打破車載感知傳感器的物理和實(shí)際限制。
"[我們的]研究證實(shí)，使用CP可以提高對(duì)弱勢(shì)道路使用者的認(rèn)識(shí)和許多交通場(chǎng)景中的安全性，"Nebot補(bǔ)充道。
高速率鎂可充電電池離現(xiàn)實(shí)更近了一步
鎂可充電電池（MRBs）使用高容量鎂作為負(fù)極材料，由于其能量密度，安全性和成本，是下一代電池的有希望的候選者。然而，缺乏高性能正極材料阻礙了它們的發(fā)展。
金屬硫化物電化學(xué)氧化制得的液流、硫化物復(fù)合材料可作為鎂可充電電池的高性能正極材料。圖片由Tohoku University提供
為了解決這個(gè)問題，東北大學(xué)的工程師開發(fā)了液硫硫復(fù)合陰極，可實(shí)現(xiàn)高速率鎂電池。這些材料可以通過在150°C的離子液體電解質(zhì)中電化學(xué)氧化金屬硫化物（例如硫化鐵）自發(fā)制備。該復(fù)合材料在容量、電位、循環(huán)性和速率能力方面表現(xiàn)出高性能。
"像它們的鋰離子對(duì)應(yīng)物一樣，過渡金屬氧化物是MRB中的主要正極材料，"東北大學(xué)材料和能源助理教授Kohei Shimokawa說。"然而，鎂離子在氧化物內(nèi)的緩慢擴(kuò)散帶來了嚴(yán)重的問題。為了克服這一點(diǎn)，一些研究人員探索了硫基材料。但是，用于MRB的硫基陰極具有嚴(yán)重的局限性，例如低電導(dǎo)率。
"我們的材料允許在50多個(gè)循環(huán)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的陰極性能，"Shimokawa說。"如此高的循環(huán)性可歸因于液態(tài)活性物質(zhì)的高結(jié)構(gòu)可逆性和多硫化物對(duì)離子液體電解質(zhì)的低溶解度。
盡管取得了進(jìn)展，但下川說，仍然存在幾個(gè)問題。"我們需要與陰極和陽極材料兼容的電解質(zhì)，因?yàn)檫@項(xiàng)工作中使用的離子液體鈍化鎂金屬陽極，"他指出。"在未來，[我們希望]開發(fā)新的電化學(xué)穩(wěn)定的電解質(zhì)，使MRB更實(shí)用，以便在下一代電池中廣泛使用。
