文｜曹婷婷

地表充電速度最快的電池誕生了。

3分鐘充滿，90秒充電50%。

和之前充電5分鐘，續(xù)航200公里的數(shù)據(jù)相比，這個充電速度簡直逆天。

而且這個電池并不是概念，是實實在在的產(chǎn)品，創(chuàng)造者是總部位于科羅拉多州柯林斯堡的初創(chuàng)公司Prieto。

Prieto表示，這是世界上第一款真正意義上的3D動力電池， 不僅可以在零下30攝氏度的極寒溫度下工作，在100攝氏度的溫度下同樣可以正常運轉(zhuǎn)。而且這款鋰離子電池的三項特性均經(jīng)過第三方認可的電池測試實驗室測試和驗證，還不易燃。

這種電池一旦上車，意味著新能源汽車的充電速度比加油還要快，續(xù)航焦慮也就此抹掉。

真正的3D電池

我們先來看什么是3D電池。

目前市面上的電池，因化學成分不同分很多類型，但這些電池有一個基本相同的結(jié)構(gòu)，就是類似三明治，兩端都是電流集電極，典型的是在正極端有鋁箔，在負極端有銅箔，三明治的中間，則是浸泡在液體電解質(zhì)中的分離器。

Prieto公司在其網(wǎng)站上表示，這種電池的能量只能在二維平面上沿一個方向流動。在充電過程中，離子必須從一個表面流到另一個表面，這就會出現(xiàn)極大局限性。

對于這種電池來說，雖然提高厚度，來儲存更多能量，但就有了更長的離子路徑，充電速度就會變慢，較薄電池充電速度更快，但在能量儲存上又不盡人意。

3D電池不同，將高度也考慮在內(nèi)，這種在三維空間中混合電極和電解質(zhì)，優(yōu)點是不耦合能量、功率密度高，并且允許均勻的電化學反應，這緩解了2D電池中可能導致電池退化的瓶頸。

目前3D電池一般有三種結(jié)構(gòu)：

一種是叉指結(jié)構(gòu)，這種利用正負極相互交錯的平板或者棒狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，一組電極棒在陰極和陽極之間交替，周圍環(huán)繞著固體電解質(zhì)。通過調(diào)節(jié)電極形狀，改變電極高度，并提高電極和電解液的導電率。

另一種是正負極的同心結(jié)構(gòu)，在其中一個電極棒上涂上電解質(zhì)，另一個電極棒填充電解質(zhì)。可以極大地降低正負極之間的距離，從而加快電荷轉(zhuǎn)移的速率，提升電池的倍率性能。

還有一種是非周期性結(jié)構(gòu)，具有獨特的孔結(jié)構(gòu)，能為電子和離子提供多個傳輸通道。

Prieto公司所設計出來的電池就是3D叉指電池，能夠?qū)崿F(xiàn)360度離子轉(zhuǎn)移，在不影響表面積的情況下，有著極短的離子路徑，這就意味著同時具備了超快速充電和高能量密度。

在這款3D電池的結(jié)構(gòu)中，陰極和陽極是相互交叉的，這就使得多維運動成為可能，減少了鋰離子擴散路徑，直接轉(zhuǎn)化為比較高的功率密度。

電池單元由3D泡沫銅結(jié)構(gòu)制成，該結(jié)構(gòu)用作負極的集電器，使用電沉積將負極的活性材料涂覆到泡沫銅上，同時Prieto利用固態(tài)電解質(zhì)的功能，它的陽極涂有電沉積銻化銅層，能夠保證穩(wěn)定性、較大容量和長期循環(huán)能力。

這樣就會得到更快的充電時間，更多的能量以及更長的電池壽命。

Prieto電池的功率密度預計能達到14000瓦/升，和傳統(tǒng)2D電池相比，Prieto電池的設計功率密度（20C放電率）提高了五倍。

除了超快充電和能夠在極端溫度下工作，Prieto 電池的3D結(jié)構(gòu)和設計還確保了電池的非燃性和非爆性，第三方實驗室對Prieto電池進行了黃金標準的“釘子穿透測試”，結(jié)果沒有發(fā)生起火或爆炸。

初創(chuàng)公司Prieto介紹

Prieto成立于2009年，是一家電池初創(chuàng)公司，總部位于科羅拉多州的柯林斯堡，自成立開始，公司就定位為“一家3D鋰離子電池技術(shù)商業(yè)化的公司”。

Prieto公司的初心也非常簡單，其首席執(zhí)行官Mike Rosenberg 表示，在北美的極寒天氣下，電動車車主產(chǎn)生了極大的用電焦慮，人們經(jīng)常會因為電動車沒電而陷入困境之中，而Prieto 電池能夠解決這一難題，可以在零下30度的天氣中正常運行。

Rosenberg表示，Prieto 電池的充電速度會比汽車油箱加油更快，當汽車充電的速度高于加油的速度時，電動車一直以來被詬病的續(xù)航能力就不是問題，人人都有可能購買電動車。

自創(chuàng)立以來，Prieto 公司獲得8次融資，最新一次融資是在今年的2月份，是最大一筆800萬美元。

Prieto由Amy Prieto博士一手創(chuàng)立，出生在哥倫比亞的Amy Prieto，一直在研究一種新型的、快速的、經(jīng)久耐用的綠色充電電池。

這也為3D電池創(chuàng)新奠定了基礎，她在加州大學伯克利分校和哈佛大學完成博士和博士后學位后，在2005年加入了科羅拉多州立大學，成為一名化學系教授。

在她的職業(yè)生涯中獲得了多個獎項，其中是最新獎項是在2017年，Prieto 博士成為英國皇家化學學會院士。Prieto博士憑借這項電池技術(shù)，還獲得了美國青年科學家與工程師總統(tǒng)獎（Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers），并得到了史密森學會（Smithsonian Institution）的嘉獎，其創(chuàng)新成果在華盛頓特區(qū)的博物館里展出。

其實在2019年，Prieto 電池就已經(jīng)通過了第三方驗證，Green carcongress報告顯示，Prieto 擁有一組完全組裝的電池，他們專有的3D陽極，通過了一系列UL（美國保險商實驗室）和IEC（國際電工委員會）鋰離子化學標準進行了測試，得出結(jié)果Prieto 電池都具有100%的成功率和零故障。

在材料選擇上，Prieto電池采用低成本、可持續(xù)的材料，并采用簡單且可擴展的工藝制成，在Prieto看來，構(gòu)想電池的設計之前，就需要把快速、簡潔、能夠擴大規(guī)模等放在首位，官方數(shù)據(jù)顯示，公司現(xiàn)有實驗室生產(chǎn)良品率能達到90%以上。

“我們的高產(chǎn)率，加上我們采用的在許多其他行業(yè)使用的簡單而常見的制造工藝，最終大大低于傳統(tǒng)鋰離子電池的成本，也讓我們充滿了信心?！?/p>

隨著Prieto 電池開始走出實驗室，公司的重點也開始放在商業(yè)化方面，目前公司已確定了試點制造工廠的計劃，同時在和潛在合作伙伴落地。

量產(chǎn)之后，Prieto 電池可以定制為任意尺寸或用途，包括電動汽車、電動工具、醫(yī)療設備、移動電話、小型家用電器等。

具有什么行業(yè)意義？

其實搞3D電池的不止Prieto公司一家。

在2021年，以色列初創(chuàng)公司 Addionics 正在開發(fā)一種可以解決所有難題的 3D 結(jié)構(gòu)電池。與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電池相比，這種 3D 結(jié)構(gòu)電池的可訪問容量提高了2倍，充電時間縮短了 50%，機械穩(wěn)定性和壽命提高了 150%。

但當時Addionics 表示，3D電池結(jié)構(gòu)正在積極研究中，仍遠未實現(xiàn)商業(yè)可行性。在今年3月份，Addionics 表示已經(jīng)推出新試產(chǎn)線，并與全球頂級公司達成合作，新設施的產(chǎn)能高達1MWh，到2024年底將增至約100MWh。Addionics預計，到2025年將實現(xiàn)1GWh的生產(chǎn)能力。

今年年初，美國初創(chuàng)公司 Enovix 宣布，他們研發(fā)了一款新型3D 硅基電池，不僅有更強的續(xù)航能力，充電能力也很驚人，在10分鐘左右。

Enovix用了硅制成的EV級陰極和陽極，并且采用了3D電池架構(gòu)，同樣也是為了讓新電池可以達到快充和超長時間的續(xù)航，Enovix 公司表示，這款新型電池還可以達到1000次以上的循環(huán)利用，并且在1000次之后，還能保持93%的電池容量。

但在商業(yè)模式上，基于對電池成本的考慮，Enovix最先打入的是小型電子設備，也就是可穿戴設備以及3C消費電子，這也比較符合硅負極電池的優(yōu)勢。當然，Enovix也在布局動力電池領域，目前Enovix已和三菱汽車達成合作。

Prieto 公司也提到了其他競爭公司，像QuantumScape（固態(tài)電池開發(fā)商） 和 StoreDot （以色列電池）公司，也致力于開發(fā)新的和改進的電池技術(shù)，但目前為止，這些產(chǎn)品沒有成功安裝在任何生產(chǎn)車輛上。

目前國內(nèi)電池企業(yè)研究3D電池的并不多，不過本月早些時候，CALB（中航鋰電科技有限公司）推出的U型電池，該電池可支持6C超級快充，能夠在十分鐘內(nèi)為車輛充滿電，甚至U型電池在成本與性能方面均超越了特斯拉的4680電池寧德時代的麒麟電池。

在原理上，U型電池和Prieto 3D電池類似，以縮短電流的“流動路徑”來減少充電時間，U型電池采用了新的化學物質(zhì)，能讓“流動路徑”減少70%。

不過這個10分鐘充滿電的時間，和Prieto 3分鐘充滿電相比，仍然有些差距。這種3D電池一旦落地，無疑會推動電動車行業(yè)向前邁出一大步，對于電動車普及來說更是好事。

如果電車充滿電真的只花3分鐘，你會考慮買電車嗎？