哈勒–维滕贝格马丁路德大学的研究人员取得蓄电池研究上的突破 革命性的冷却剂缩短了蓄电池充电准备时间,同时也延长了蓄电池的使用寿命

哈勒–维滕贝格马丁路德大学在电动汽车领域取得了关键性进展:化学学院的费利克斯·马斯克和哈恩教授带领的工作团队开发了一种新材料,该材料通过从液体到固体的相变,既可作为冷却剂,又适合用作储热器。前者为汽车工业带去福音,而后者则是建筑行业的好消息。

哈雷研究人员所开发的产品方案具有革命性的意义。凭借名为“ss-PCM”的混合物质,研究人员摘得了第十六届德国中部创新奖汽车集群的大奖。“发明人”费利克斯·马斯克(Felix Marske)在学院攻读博士期间,他的博士研究项目聚焦汽车产业的重点关注领域:“电动出行普及发展的关键点在于充电桩。新一代的充电桩将大大缩短充电时间,蓄电池最大的问题,即冷却问题,将得到更有效的解决。"到目前为止,锂离子蓄电池在快充过程中会发生过热现象,导致蓄电池的使用寿命缩短,同时也会降低电池的有效功率,这是问题的症结所在。

封装液体

研究的重点是基于相位切换材料的潜热蓄电池(英语中PCM表示相位切换)。它们通过改变聚集态来储存热力。一个常见的例子是暖手枕,从固态到液态的变化过程中吸收和储存热,反相则放热。这个从固态到液态的过渡过程恰恰是目前为止的难点所在:相位切换材料(PCM)因熔化而失去原先的形状,有可能会溢出。研究人员正致力于这一环节的攻坚。“我们的创新之举在于将材料锁闭在多孔的栅格内,液体无法从中溢出,”马斯克解释道。这种纳米级别大小的硅酸盐晶格将形状稳定的潜热蓄电池分子牢牢封装于其中,封装程度之好,提高了导热性能,可实现储热材料的均匀熔化。栅格强大的毛细吸力可阻止相位切换材料的溢出。降低生热后能提高冷却效应,从而使蓄电池更快进入可充电的状态,与此同时也提高了蓄电池的使用寿命。

具有冷却功能的混凝土

这种新产品在汽车产业中有四大不同的应用场景,马斯克介绍说,其中一种是用“ss-PCM”为电动汽车的整个蓄电池组做包封。他表示,汽车行业的企业已经开始计划做进一步的研发,工业领域也有大量需求和询问,他们目前无法满足所有客户的需求。“ss-PCM”不仅仅是汽车产业的福音。马斯克认为,该产品也可以用在电话电池中,夜间储热炉、太阳能制热和住宅建设也是它的用武之地。屋顶的木瓦结构及混凝土墙可以填充这种材料。“ss-PCM”的储热能力比传统建筑材料高出14倍,室内采暖的能耗由此可在全球范围内大幅下降。倘若电价差不多是一度电28欧分,使用填充了ss-PCM的墙壁后,3.6平方米大小、2厘米厚度的一堵墙一年可以节约154欧元左右的能源花费。当这堵墙的价格为170欧元时,这意味着,摊提时间只有13个月!夏天使用该材料一样可以防止室内空间的过度升温。

虽然现在人们也会在石膏或混泥土墙中加入显微镜级别大小的潜热储能壳体,但为了保证建筑材料的稳定性,里面只能放入15%的相位切换材料PCM。马斯克说:“使用我们的材料后,填充比例可以达到90%。”这将显著提高能效。在去年年底的雨果·容克斯奖竞赛中——萨安州奖金最高的奖项,科学家们因其开发成果获得了萨安州“最具创新性的基础研究项目”门类的第二名。

百分百的绿色环保

“ss-PCM”目前在工业领域炙手可热,马斯克有些招架不住。这款新材料已经申请专利。这位化学专家说,为了争取更多的经费和人力资源,他们目前正在积极申请EIXIST研究转化项目,希望能成立一家学院外设的企业。马斯克分享了计划:“我们正在搭建供应链,并在与一家生产该材料的企业进行会谈。只需少量加价,我们便能使这种产品的生产达到百分百的绿色环保,并可扩展ss-PCM品类。”

“ss-PCM”的开发是萨安州建立未来汽车生产工艺领先地位过程中的一大里程碑。这里一直致力于汽车未来的发展且并不止步于此。作为拥有超过百年历史的化学和合成材料重镇,萨安州也是创新材料诞生的摇篮。

Anja Falgowski/萨安州投资与市场有限公司