CIC energiGUBE 在开发具有高能量密度、更高安全性和可持续设计的低成本电池方面取得了进展。

 

巴斯克中心参与了由 Horizo​​n Europe 计划资助的 SEATBELT 项目，以推广固态金属锂 Gen. 4b 电池技术，该电池最有希望取代目前的锂离子设备，因为它们具有以下能力：满足固定式和电动汽车应用所需的能量密度规格。

 

CIC energiGUNE是巴斯克电池存储、热能解决方案和氢技术的参考研究中心，也是巴斯克研究与技术联盟-BRTA 的成员，参与了欧洲项目 SEATBELT，该项目包含在欧盟委员会的 Horizo​​n Europe 呼吁中，旨在促进基于锂金属阳极的新一代电池的开发，为存储行业提供高性能。

 

电池工作

CIC energiGUNE 项目的负责人Pedro López-Aranguren说：

 

固态 Gen.4b 金属锂电池具有极好的前景，可以满足不同固定和电动汽车应用所需的电池重量密度规格。

 

SEATBELT 的主要目标是开发一种电池，提供电动汽车和固定行业所需的一切，以便朝着这项技术迈出决定性的一步，”他说。

 

SEATBELT 的原位混合电解质固态锂金属电池旨在实现高能量密度（>380 Wh/kg）和长循环能力（>500 次循环）。同样，它将使用低成本的无溶剂挤压工艺制造，该工艺包含创新材料的组合：薄锂金属、混合电解质、无关键成分的安全阴极活性材料和非常薄的铝集电器。

 

所有这些都将为开发符合欧洲脱碳、可持续性、可负担性和生产自给自足标准的新一代高效安全电池材料打开大门。

 

事实上，SEATBELT 联盟合作伙伴的目的是促进在 2026 年之前创建一个围绕具有成本效益的固态电解质锂电池和可持续材料的欧盟本地产业。

 

在 SEATBELT，CIC energiGUNE 将为该过程的关键方面做出贡献，例如新型超离子卤化物电解质的合成；原位卤化物电解质的物理化学和结构表征；离子传输特性，以及应用于界面分析的原子建模计算。

 

除了 CIC energiGUNE 之外，非洲大陆的 19 个实体、公司和研究中心也参与了由法国国家科学研究中心 (CNRS) 牵头的 SEATBELT 项目。

 

需要说明的是，除了CIC energiGUNE，还有其他巴斯克研究生态系统的代表，如Polymat和UPV/EHU，以及相关的欧洲行业参与者，如雷诺或Blue Solutions。

由于传统化学能源的燃烧和资源的加速消耗，对能源和环境带来了严峻的挑战，二氧化碳排放量作为衡量环境问题重要的指标，引起社会各界高度重视。晁栋梁用可量化的具体数据，展示了最近这几年一些重要国家和地区关于二氧化碳排放量的总结以及对未来预测。

 

从这些数据中可以看出，包括欧盟、美国、日本在 1979 年和 2007 和 2013 年就已经实现了碳达峰的愿望。中国加入了 WTO 之后，发现碳排放量极具增高，从侧面说明了欧美等国家通过对中国贸易利差等策略，间接将碳排放转移到中国，由此可见在中国加入了 WTO 之后虽然经济增长得到了快速发展，但是带来的环境问题也日益突出。

 

晁栋梁表示：“为了满足 ‘碳达峰’ 的要求，我们可以快速地提高二氧化碳的排放量，让它快速达到峰值，这样必然会带来更为严峻的环境问题，所以我们要综合考虑，制订更加妥善的策略缓慢实现‘碳达峰’，并且需要有节奏地控制二氧化碳总的排放量。”

 

解决电池技术等难题，寻找 “碳达峰” 目标有效方案

为了应该有碳排放给大气环境带来的严峻挑战，中国 “十三五” 规划及发改委相关意见提出，在 2030 年实现 “碳达峰 ”这一宏伟目标，晁栋梁建议个人和团体要在日常生活和工作中不断地实现碳的负排放，截至 2060 年实现“碳中和”的愿望。

 

作为全球第二大经济体，中国一直致力于将可持续发展作为长期的战略目标，随着人均收入进一步提升，中国市场乘用车销量呈现井喷式的发展。2020 年初至今，像蔚来、理想、小鹏等新能源汽车厂商成为人们热议的话题。

 

前不久，国务院发布了 2030 年前 “碳达峰” 行动方案，预计要在 2025 年实施新型储能装机容量达到 3000 万千瓦以上，并且大力推广电动汽车发展，直到 2030 年电池汽车的保有量在 40% 以上。

 

然而，与能源汽车紧密相关的电池一直推动和影响着能源汽车的发展，电池技术也一直在突破，最早有爱迪生发明的镍隔蓄电池、镍铅酸电池、镍氢蓄电池，一直到今天的锂电池，目前最新的锌基蓄电池以环保和安全著称。

 

科学界对于锂电池技术的探索从未停止，锂离子电池方向研究者在 2019 年也获得了诺贝尔化学奖，该奖项表彰了科学家分别在电池正级、负级以及产业化推广中对锂离子电池发展所做的贡献。

 

当技术进一步升级，工业化产能继续扩大，自然会普及到大众消费者生活中。打开手机壳，在背面可以发现超大的软包锂离子电池，该类锂电池主要包括正级负级和隔膜和电解液组成，研究显示如果进一步依赖锂离子电池并且推广，在近几年之内没有太大问题，但是到了 2030、2040 年锂的提供给量可能跟不上发展需求。

 

针对这个需求晁栋梁在博士期间大力研究钠离子电池的应用，发现在全球内占有量第四大的钠元素是不错的替代物，因此发展钠离子电池可以压缩电池成本和实现电池的规模化发展。

 

晁栋梁表示：“这些其实还不够，因为包括锂离子电池和钠离子有机电解液作为大量添加，当遇到紧急情况包括高温爆炸，不可避免发生燃烧或者爆炸的风险，曾经发生过很多典型的案例，包括波音 787 和特斯拉 Model S，以及今年大家记忆犹新的在成都密闭电梯里面发生电动自行车自燃、自爆。”

 

由于电池安全性问题，给人们造成人身和财产伤亡的事件时有发生，这些案例不断提醒用户“安全”才是电池安身立命的根本。

 

致力开发一系列新型高安全、低成本水性电池

谈及电池安全性问题时，不得不提南孚电池、超霸电池、金霸王等品牌，用水作为大量的电解液来保障电池安全性和降低其成本的案例。因为水的引入使电池寿命得到限制，以及能量密度得到了限制，对水施加一定的电压就会发生分解正级和负级分别产生氧气和氢气，这些副反应不仅降低了循环而且也限制了电池的能量密度。

 

锂电池目前向着水性锂电发展，希望能较好地解决电池爆炸这一安全问题，只是容量和寿命一直无法达到消费需求。

 

锌在这些体系尤为突出，不仅是因为储量丰富低成本，而且在水的溶液进行稳定的电化学的剥离和沉积反应，一定程度抑制水的分解。