高性能電池是全面推出電動(dòng)汽車的關(guān)鍵。ETH先鋒研究員PaulBaade正在研究如何以更具成本效益的方式制造它們。

在2.6秒內(nèi)從0到100公里/小時(shí)。最高時(shí)速120公里/小時(shí)。全部由一節(jié)電池供電。第一輛電動(dòng)賽車在2013年與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的學(xué)生方程式比賽中獲勝。保羅·巴德(PaulBaade)是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETHZurich)一名22歲的機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生時(shí)，他是電池背后的大腦之一。Baade和一群ETH學(xué)生花了整整一年的時(shí)間來研究和微調(diào)他們的超級(jí)跑車，參加歐洲各地的比賽并贏得了無數(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)。

我們的目標(biāo)是制造最快的汽車。電池的重量有很大的影響，巴德在反思這個(gè)項(xiàng)目時(shí)說。作為當(dāng)時(shí)的一名本科生，他很快就清楚鋰離子電池將是電動(dòng)汽車未來的關(guān)鍵。今天，這位30歲的德國人是ETHPioneerFellow，研究如何更經(jīng)濟(jì)高效地制造高性能電池。畢竟，電動(dòng)汽車仍然過于昂貴，無法完全用內(nèi)燃機(jī)取代模型。而最昂貴的組件是電池。如果我們想讓私人交通工具遠(yuǎn)離化石燃料，巴德說，那么我們需要更便宜、更好的電池。

方程式學(xué)生：形成性的體驗(yàn)

參加FormulaStudentcall_made（世界上最大的工程競(jìng)賽之一）的經(jīng)歷對(duì)Baade產(chǎn)生了持久的影響。八年后，在他位于呂施利孔的實(shí)驗(yàn)室里，他熱情地回顧了這段時(shí)光，你在車間里，可以把你的想法變成現(xiàn)實(shí)；你在電腦上安裝你自己設(shè)計(jì)的零件。那時(shí)我學(xué)到了很多東西.。但有一個(gè)問題讓他無法停止思考：電池究竟是如何工作的？

然后在ETH攻讀碩士學(xué)位期間，他開始越來越深入地研究電池中使用的材料。他研究了微型和納米技術(shù)，以更好地了解電池的內(nèi)部工作原理。在他的碩士論文中，他轉(zhuǎn)到了著名的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，在那里他研究了一種特殊類型的二氧化鈦?zhàn)鳛殛枠O材料的應(yīng)用。他甚至建造了一個(gè)帶有玻璃窗的電池，以便更好地觀察和分析電池內(nèi)部的擴(kuò)散行為，否則很難辨別。

正是這種實(shí)用的方法使Baade與眾不同。在他的研究期間，他一直在開發(fā)原型和實(shí)驗(yàn)裝置，以便他可以立即測(cè)試和優(yōu)化條件。在這樣做的過程中，他的重點(diǎn)越來越多地轉(zhuǎn)向過程工程及其實(shí)際實(shí)施。根據(jù)Baade的說法，那些沒有充分承認(rèn)或理解這種風(fēng)險(xiǎn)的人會(huì)將時(shí)間浪費(fèi)在不切實(shí)際的想法上。

高速涂布

Baade于2016年返回ETH，在Binnig和Rohrer納米技術(shù)中心攻讀博士學(xué)位，該中心由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和IBM在呂施利孔聯(lián)合運(yùn)營，在那里他可以更深入地研究具有成本效益的鋰離子電池的生產(chǎn).與現(xiàn)任ETH知識(shí)轉(zhuǎn)移和企業(yè)關(guān)系副總裁的主管VanessaWood一起，他一直在開發(fā)一種新的固態(tài)電池制造工藝。

Baade的主要重點(diǎn)是涂層工藝。他建造了一個(gè)微型生產(chǎn)設(shè)施，以盡可能準(zhǔn)確地模擬和優(yōu)化現(xiàn)實(shí)生活中的條件。Baade使用他自己的測(cè)試設(shè)備來演示如何通過施加更薄的涂層將涂層速度與典型工業(yè)設(shè)備相比提高一倍。這項(xiàng)技術(shù)提供了令人印象深刻的潛力：它不僅可以將產(chǎn)量提高10倍，從而大大降低生產(chǎn)成本，而且還可以縮短充電時(shí)間，因?yàn)楦〉耐繉涌梢詫?shí)現(xiàn)更快的充電。

但這還不是全部，具有固態(tài)電解質(zhì)的電池從更快的涂層中獲益最多，Baade解釋說。今天，大多數(shù)鋰離子電池都含有液體電解質(zhì)，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩膶?dǎo)電性。但同時(shí)它們更易燃。Baade的更快涂層技術(shù)可以通過更快地涂覆更薄的涂層來補(bǔ)償較低的電導(dǎo)率。這使得電池不僅更高效、更具成本效益，而且更安全。

從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)

但是，在真正的生產(chǎn)設(shè)施中，實(shí)驗(yàn)室外的高速涂層工藝如何？這是PaulBaade在未來幾年作為先驅(qū)研究員將關(guān)注的問題。我們的下一步是使用試點(diǎn)設(shè)施測(cè)試生產(chǎn)過程的可擴(kuò)展性。這就是我們目前正在尋找合適合作伙伴的原因，工程師補(bǔ)充道。

Baade樂觀地認(rèn)為，在試驗(yàn)設(shè)施上測(cè)試生產(chǎn)過程將帶來更好的結(jié)果：“我們已經(jīng)能夠在相當(dāng)現(xiàn)實(shí)的條件下在我們的測(cè)試設(shè)施中生產(chǎn)電池。因此，與我們相比，我們?cè)跀U(kuò)大規(guī)模時(shí)成功的機(jī)會(huì)要高得多。到正常的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。”