前几天给孩子的玩具换电池,抠那层封装膜的时候指甲劈了，疼得龇牙咧嘴，当时脑子里就冒出一个念头：要是电池不用这层膜该多好，后来跟一位搞材料的朋友聊起这事，他笑着说，你还真别说，这事儿科学家们已经干起来了，这就是今天想跟你聊聊的——无膜新能源电池。
一张图看懂：为什么我们讨厌这层膜
| 传统电池的膜 | 惹出的麻烦 |
| 隔离正负极 | 占了体积，电池做不小 |
| 只让特定离子通过 | 电阻大，充电慢 |
| 不耐高温 | 容易热失控，鼓包起火 |
| 生产要求苛刻 | 贵，还容易出废品 |
说实话,这层隔膜就像电池内部的一个挑剔的保安，它得拦着正负极别碰面，又得让锂离子这些小家伙快速通过，这个差事不好干，而且一旦它出差错，整个电池就危险了，我们手机发烫、充电宝鼓包，十有八九跟这个小保安的失职有关。
无膜电池，到底怎么做？
你可能会困惑,没有膜怎么把正负极隔开？这确实是个好问题，科学家们走的主要是两条路：
- 第一招，选不会打架的液态金属电极。这个思路很有意思，用的是两种互不相溶的液态金属，比如液态钠和某种液态合金，它们的密度不一样，像油和水那样自动分层——轻的在上，重的在下，中间形成一道天然的界面，既然自己就分得清清楚楚，那还要什么隔膜？2014年麻省理工学院的材料系主任萨多韦教授团队就在《自然》杂志上发了篇论文，做的正是这种高温液态金属电池，用于大规模电网储能，这种电池的寿命长得惊人，充放电上万次衰减都很小。
- 第二招，用固态电解质替代液体电解液。传统的液态电解液会乱流，所以才需要一张多孔的隔膜来物理隔离，但如果把电解液本身做成固态的，它自己就既是通道又是屏障，现在很火的固态电池，本质上就是一种无隔膜设计，岛津制作所的团队开发出了一种硫化物固态电解质，室温下离子电导率比液态电解液还高，直接让隔膜彻底退出了历史舞台。
这两种路径给我的感觉,就像解决交通拥堵，一种是想办法让车辆自动分流，另一种干脆把路修成立体的，车在上面跑，人在下面走，各自相安无事。
第三类思路：流体电池的妙用
除了上面两种,还有一种更巧妙的设计，用的是层流技术，你可以把它想象成两条并排流动的小溪，水流都很平稳，几乎不混合，在这种电池里，正负极电解液各自沿着自己的通道流动，中间的接触面自然而然形成了一层"液膜"，伊利诺伊大学香槟分校的肯尼斯团队在微流体电池上验证了这个想法，他们让两种电解液并行流动，界面清晰得像是有一张无形的膜，这个设计省去了固态隔膜的所有麻烦，当然你得精确控制流速和流道设计，实际放大还有不少问题要解决。
无膜这事，爽在哪？
拔掉这层膜带来的好处,不是简单的省点材料这么轻松：
- 成本直线下降。你可能不知道，一张小小的聚丙烯隔膜，成本能占到整个电芯的15%到20%，把这笔钱省掉，电动车降价的空间就更大了，国内隔膜主要靠进口，无膜化意味着供应链一下子简单了很多。
- 安全性本质提升。隔膜是电池里最脆弱的环节，一受热就收缩，一收缩正负极就碰上，一碰上就是热失控，拿掉它，等于拆掉了最危险的那个零件，美国西北大学的材料学家就说过，无膜液流电池在穿刺实验中表现出了极高的安全性，几乎不会发生灾难性失效。
- 能量密度能上一个台阶。没有了隔膜占地方，同样的空间能塞进更多的电极材料，续航里程自然就上去了，麻省理工学院那款液态金属电池的能量密度，据说比传统锂电高出30%以上。
路上还有哪些坑？
没那么理想化,无膜电池要真正走进我们的生活，还有好几道坎要过，液态金属电池工作温度太高，两三百摄氏度是常事，用在手机上显然不现实，目前只适合固定的储能电站，固态电解质的界面问题一直没能彻底解决，电极和电解质接触久了会产生裂纹，循环寿命大打折扣，至于层流电池，放大后如何保持流场稳定，工程师们还在挠头，这些都不是小问题，但话说回来，科研就是这样，看到了方向，然后一个一个地把拦路石搬开。
说到最后
我那位材料学朋友上个月告诉我,他们实验室做出了一款全固态的无膜纽扣电池，虽然容量还很小，但在手套箱里稳定跑了五百多圈，他发来的照片上，那块不起眼的银色小圆片安静地躺在大堆测试设备中间，挺像样，也许用不了多久，我们给遥控器换电池的时候，真的再也用不着跟那层烦人的膜较劲了。
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我是十三水官网版的签约作者“kyadmin”！
希望本篇文章《告别那层恼人的薄膜，聊聊无膜新能源电池》能对你有所帮助！
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