用于将移动性带入未来的高性能电池

高性能电池是全面推出电动汽车的关键。ETH 先锋研究员 Paul Baade 正在研究如何以更具成本效益的方式制造它们。在 2.6 秒内从 0 到 100 公里/小时。最高时速 120 公里/小时。全部由一节电池供电。这是“julier”，第一辆电动赛车在 2013 年与传统内燃机汽车的学生方程式比赛中获胜。保罗·巴德 (Paul Baade) 是苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 一名 22 岁的机械工程专业学生时，他是电池背后的大脑之一。Baade 和一群 ETH 学生花了整整一年的时间来研究和微调他们的超级跑车，参加欧洲各地的比赛并赢得了无数奖项。

“我们的目标是制造最快的汽车。电池的重量有很大的不同，”巴德在反思这个项目时说。作为当时的一名本科生，他很快就明白锂离子电池将是电动汽车未来的关键。今天，这位 30 岁的德国人是 ETH Pioneer Fellow，研究如何更经济高效地制造高性能电池。毕竟，电动汽车仍然过于昂贵，无法完全用内燃机取代模型。而最昂贵的组件是电池。“如果我们想让私人交通工具远离化石燃料，”巴德说，“那么我们需要更便宜、更好的电池。”

方程式学生：形成性的体验

参加Formula Studentcall_made(世界上最大的工程竞赛之一)的经历对Baade 产生了持久的影响。八年后，在他位于吕施利孔的实验室里，他热情地回顾了这段时光：“你在车间里，可以把你的想法变成现实;你在电脑上安装你自己设计的零件。那时我学到了很多东西.” 但有一个问题让他无法停止思考：电池究竟是如何工作的?

然后在 ETH 攻读硕士学位期间，他开始越来越深入地研究电池中使用的材料。他研究了微型和纳米技术，以更好地了解电池的内部工作原理。在他的硕士论文中，他转到了著名的劳伦斯伯克利国家实验室，在那里他研究了一种特殊类型的二氧化钛作为阳极材料的应用。他甚至建造了一个带有玻璃窗的电池，以便更好地观察和分析电池内部的扩散行为，否则很难辨别。

正是这种实用的方法使 Baade 与众不同。在他的研究期间，他一直在开发原型和实验装置，以便他可以立即测试和优化条件。在这样做的过程中，他的重点越来越多地转向过程工程及其实际实施。根据 Baade 的说法，那些没有充分承认或理解这种风险的人会将时间浪费在不切实际的想法上。

信用：苏黎世联邦理工学院

高速涂布

Baade 于 2016 年返回 ETH，在 Binnig 和 Rohrer 纳米技术中心攻读博士学位，该中心由苏黎世联邦理工学院和 IBM 在吕施利孔联合运营，在那里他可以更深入地研究具有成本效益的锂离子电池的生产. 与现任 ETH 知识转移和企业关系副总裁的主管 Vanessa Wood 一起，他一直在开发一种新的固态电池制造工艺。

Baade 的主要重点是涂层工艺。他建造了一个微型生产设施，以尽可能准确地模拟和优化现实生活中的条件。Baade 使用他自己的测试设备来演示如何通过施加更薄的涂层将涂层速度与典型工业设备相比提高一倍。这项技术提供了令人印象深刻的潜力：它不仅可以将产量提高 10 倍，从而大大降低生产成本，而且还可以缩短充电时间，因为更薄的涂层可以实现更快的充电。

但这还不是全部：“具有固态电解质的电池从更快的涂层中获益最多，”Baade 解释说。今天，大多数锂离子电池都含有液体电解质，因为它们具有更高的导电性。但同时它们更易燃。Baade 的更快涂层技术可以通过更快地涂覆更薄的涂层来补偿较低的电导率。这使得电池不仅更高效、更具成本效益，而且更安全。

从实验室到工业

但是，在真正的生产设施中，实验室外的高速涂层工艺如何?这是 Paul Baade 作为先驱研究员在未来几年将关注的问题。“我们的下一步是使用试点设施测试生产过程的可扩展性。这就是我们目前正在寻找合适合作伙伴的原因，”工程师补充道。

Baade 乐观地认为，在试验设施上测试生产过程将带来更好的结果：“我们已经能够在相当现实的条件下在我们的测试设施中生产电池。因此，与我们相比，我们在扩大规模时成功的机会要高得多。到正常的实验室测试。”

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