屏幕上開始播放一段加速的模擬動畫:鋰離子在電解液中遷移,到達那層特殊的陶瓷界面層。與在傳統銅箔或聚合物界面上的無序堆積不同,在這層陶瓷表面,鋰離子仿佛被一種無形的力量引導,以一種極其均勻、致密的方式沉積,形成平坦的金屬鋰層,完全沒有枝晶那種尖銳、樹狀的可怕結構。
“結果很意外,”邢教授指著動畫,“這種陶瓷的晶體結構和表面化學特性,對鋰離子有特殊的‘誘導’和‘錨定’效應,極大地抑制了枝晶的形核與生長。它不僅是一個物理屏障,更像一個‘模板’,引導鋰有序沉積。”
馬斯克的呼吸變得粗重起來。他死死盯著那動畫,作為內行,他瞬間明白了這背后的意義,如果有一種材料能從根本上、低成本地解決鋰金屬負極的枝晶問題,那么鋰金屬負極最大的安全障礙將被掃除,其超高理論容量就能被真正利用,這絕對是革命性的突破。
“但這還不夠,”邢教授話鋒一轉,又調出了新的圖像,這次是正極材料的微觀結構,充滿了復雜的孔隙,“解決了負極,正極呢?如果要追求極限能量密度,硫正極的理論容量是現有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰的數倍,但它的‘穿梭效應’,充放電過程中多硫化物溶解穿梭到負極導致活性物質損失和容量衰減同樣致命。”
屏幕上展示了傳統鋰硫電池中,多硫化物在電解液中穿梭的糟糕場景。
“王誠那個小電池,用的還是普通正極材料,能量密度提升有限。但‘誘導均勻沉積’這個思路啟發了我們。”邢教授眼中終于有了一點屬于研究者的亮光,“既然陶瓷界面可以‘引導’鋰離子,那有沒有可能,在正極材料內部,也設計一種結構,來‘束縛’住那些調皮的多硫化物,不讓它們亂跑?”
他放大了圖像,可以清晰看到,在正極活性物質硫的載體內部,均勻分布著無數極其微小的、中空的碳球,直徑在微米級別,碳球壁是經過特殊處理的、具有豐富微孔和特定官能團的結構。
“我們受了一些自然界結構的啟發,比如蓮蓬、比如蜂巢。這些空心碳球,就像一個個微型的‘牢籠’。硫被裝載進去后,在充放電過程中產生的多硫化物,大部分會被限制在這些碳球的內部空間和孔隙中,大幅減少了它們溶解到本體電解液中的機會。同時,碳球壁的化學特性也能吸附、催化多硫化物,促進其轉化,進一步減輕穿梭效應。”
動畫演示變得更具說服力:多硫化物在空心碳球內部“掙扎”,卻難以大量逸出,充放電循環得以更高效、更穩定地進行。
“當然,實際要復雜得多。”邢教授關閉了動畫,語氣恢復了平淡,“電解液的匹配、導電網絡的構建、整體電池結構的設計、制造工藝……每一步都是難關。我們從王誠那個玩具電池的靈感出發,用了近四百天,失敗了上千次,才做出了‘基石-α’的初代原型。它現在能量密度確實很高,5c放電性能如各位所見,低溫性能也優于現有體系,循環壽命初期測試數據……也還可以。”
他沒有說具體數字,但那種輕描淡寫的“還可以”,配合剛才那驚人的測試數據,反而更讓人心驚。
“成本呢?”安德魯?卡萊爾終于忍不住,聲音有些發顫地問出了最關鍵的問題之一。任何顛覆性技術,如果成本高昂到無法量產,其意義將大打折扣。
邢教授看向李鈞。李鈞接過話頭,語氣依舊平穩:“陶瓷界面層和空心碳球載體的原材料并不昂貴,主要是高純度的碳源和一些常見的金屬氧化物。真正的挑戰在于合成與制造工藝。我們開發了一套基于流化床和激光誘導的連續化制備工藝,目前還在優化,但初步估算,在達到一定規模后,‘基石-α’體系每千瓦時的材料成本,有望低于目前特斯拉4680電池的15%到20%。當然,這需要時間和進一步的工程化放大驗證。”
低于現有頂尖電池成本的15%-20%!
這個數字,結合那五倍以上的能量密度和優異的倍率性能,構成的已經不是技術優勢,而是對現有產業邏輯的徹底碾壓。_c