充电比加油还要快
”
作者｜曹婷婷
地表充电速度最快的电池诞生了。
3分钟充满，90秒充电50%。
和之前充电5分钟，续航200公里的数据相比，这个充电速度简直逆天。
而且这个电池并不是概念，是实实在在的产品，创造者是总部位于科罗拉多州柯林斯堡的初创公司Prieto。
Prieto表示，这是世界上第一款真正意义上的3D动力电池， 不仅可以在零下30摄氏度的极寒温度下工作，在100摄氏度的温度下同样可以正常运转。而且这款锂离子电池的三项特性均经过第三方认可的电池测试实验室测试和验证，还不易燃。
来源：Prieto
这种电池一旦上车，意味着新能源汽车的充电速度比加油还要快，续航焦虑也就此抹掉。
01
真正的3D电池
我们先来看什么是3D电池。
目前市面上的电池，因化学成分不同分很多类型，但这些电池有一个基本相同的结构，就是类似三明治，两端都是电流集电极，典型的是在正极端有铝箔，在负极端有铜箔，三明治的中间，则是浸泡在液体电解质中的分离器。
Prieto公司在其网站上表示，这种电池的能量只能在二维平面上沿一个方向流动。在充电过程中，离子必须从一个表面流到另一个表面，这就会出现极大局限性。
来源：Prieto
对于这种电池来说，虽然提高厚度，来储存更多能量，但就有了更长的离子路径，充电速度就会变慢，较薄电池充电速度更快，但在能量储存上又不尽人意。
3D电池不同，将高度也考虑在内，这种在三维空间中混合电极和电解质，优点是不耦合能量、功率密度高，并且允许均匀的电化学反应，这缓解了2D电池中可能导致电池退化的瓶颈。
目前3D电池一般有三种结构：
一种是叉指结构，这种利用正负极相互交错的平板或者棒状结构实现，一组电极棒在阴极和阳极之间交替，周围环绕着固体电解质。通过调节电极形状，改变电极高度，并提高电极和电解液的导电率。
另一种是正负极的同心结构，在其中一个电极棒上涂上电解质，另一个电极棒填充电解质。可以极大地降低正负极之间的距离，从而加快电荷转移的速率，提升电池的倍率性能。
还有一种是非周期性结构，具有独特的孔结构，能为电子和离子提供多个传输通道。
Prieto公司所设计出来的电池就是3D叉指电池，能够实现360度离子转移，在不影响表面积的情况下，有着极短的离子路径，这就意味着同时具备了超快速充电和高能量密度。
在这款3D电池的结构中，阴极和阳极是相互交叉的，这就使得多维运动成为可能，减少了锂离子扩散路径，直接转化为比较高的功率密度。
来源：Prieto
电池单元由3D泡沫铜结构制成，该结构用作负极的集电器，使用电沉积将负极的活性材料涂覆到泡沫铜上，同时Prieto利用固态电解质的功能，它的阳极涂有电沉积锑化铜层，能够保证稳定性、较大容量和长期循环能力。
这样就会得到更快的充电时间，更多的能量以及更长的电池寿命。
Prieto电池的功率密度预计能达到14000瓦/升，和传统2D电池相比，Prieto电池的设计功率密度（20C放电率）提高了五倍。
除了超快充电和能够在极端温度下工作，Prieto 电池的3D结构和设计还确保了电池的非燃性和非爆性，第三方实验室对Prieto电池进行了黄金标准的“钉子穿透测试”，结果没有发生起火或爆炸。
02
初创公司Prieto介绍
Prieto成立于2009年，是一家电池初创公司，总部位于科罗拉多州的柯林斯堡，自成立开始，公司就定位为“一家3D锂离子电池技术商业化的公司”。
Prieto公司的初心也非常简单，其首席执行官Mike Rosenberg 表示，在北美的极寒天气下，电动车车主产生了极大的用电焦虑，人们经常会因为电动车没电而陷入困境之中，而Prieto 电池能够解决这一难题，可以在零下30度的天气中正常运行。
来源：Prieto
Rosenberg表示，Prieto 电池的充电速度会比汽车油箱加油更快，当汽车充电的速度高于加油的速度时，电动车一直以来被诟病的续航能力就不是问题，人人都有可能购买电动车。
自创立以来，Prieto 公司获得8次融资，最新一次融资是在今年的2月份，是最大一笔800万美元。
Prieto由Amy Prieto博士一手创立，出生在哥伦比亚的Amy Prieto，一直在研究一种新型的、快速的、经久耐用的绿色充电电池。
这也为3D电池创新奠定了基础，她在加州大学伯克利分校和哈佛大学完成博士和博士后学位后，在2005年加入了科罗拉多州立大学，成为一名化学系教授。
来源：Prieto
在她的职业生涯中获得了多个奖项，其中是最新奖项是在2017年，Prieto 博士成为英国皇家化学学会院士。Prieto博士凭借这项电池技术，还获得了美国青年科学家与工程师总统奖（Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers），并得到了史密森学会（Smithsonian Institution）的嘉奖，其创新成果在华盛顿特区的博物馆里展出。
其实在2019年，Prieto 电池就已经通过了第三方验证，Green carcongress报告显示，Prieto 拥有一组完全组装的电池，他们专有的3D阳极，通过了一系列UL（美国保险商实验室）和IEC（国际电工委员会）锂离子化学标准进行了测试，得出结果Prieto 电池都具有100%的成功率和零故障。
在材料选择上，Prieto电池采用低成本、可持续的材料，并采用简单且可扩展的工艺制成，在Prieto看来，构想电池的设计之前，就需要把快速、简洁、能够扩大规模等放在首位，官方数据显示，公司现有实验室生产良品率能达到90%以上。
“我们的高产率，加上我们采用的在许多其他行业使用的简单而常见的制造工艺，最终大大低于传统锂离子电池的成本，也让我们充满了信心。”
来源：Prieto
随着Prieto 电池开始走出实验室，公司的重点也开始放在商业化方面，目前公司已确定了试点制造工厂的计划，同时在和潜在合作伙伴落地。
量产之后，Prieto 电池可以定制为任意尺寸或用途，包括电动汽车、电动工具、医疗设备、移动电话、小型家用电器等。
03
具有什么行业意义？
其实搞3D电池的不止Prieto公司一家。
在2021年，以色列初创公司 Addionics 正在开发一种可以解决所有难题的 3D 结构电池。与现有的传统电池相比，这种 3D 结构电池的可访问容量提高了2倍，充电时间缩短了 50%，机械稳定性和寿命提高了 150%。
但当时Addionics 表示，3D电池结构正在积极研究中，仍远未实现商业可行性。在今年3月份，Addionics 表示已经推出新试产线，并与全球顶级公司达成合作，新设施的产能高达1MWh，到2024年底将增至约100MWh。Addionics预计，到2025年将实现1GWh的生产能力。
今年年初，美国初创公司 Enovix 宣布，他们研发了一款新型3D 硅基电池，不仅有更强的续航能力，充电能力也很惊人，在10分钟左右。
来源：Enovix
Enovix用了硅制成的EV级阴极和阳极，并且采用了3D电池架构，同样也是为了让新电池可以达到快充和超长时间的续航，Enovix 公司表示，这款新型电池还可以达到1000次以上的循环利用，并且在1000次之后，还能保持93%的电池容量。
但在商业模式上，基于对电池成本的考虑，Enovix最先打入的是小型电子设备，也就是可穿戴设备以及3C消费电子，这也比较符合硅负极电池的优势。当然，Enovix也在布局动力电池领域，目前Enovix已和三菱汽车达成合作。
Prieto 公司也提到了其他竞争公司，像QuantumScape（固态电池开发商） 和 StoreDot （以色列电池）公司，也致力于开发新的和改进的电池技术，但目前为止，这些产品没有成功安装在任何生产车辆上。
目前国内电池企业研究3D电池的并不多，不过本月早些时候，CALB（中航锂电科技有限公司）推出的U型电池，该电池可支持6C超级快充，能够在十分钟内为车辆充满电，甚至U型电池在成本与性能方面均超越了特斯拉的4680电池宁德时代的麒麟电池。
来源：CALB
在原理上，U型电池和Prieto 3D电池类似，以缩短电流的“流动路径”来减少充电时间，U型电池采用了新的化学物质，能让“流动路径”减少70%。
不过这个10分钟充满电的时间，和Prieto 3分钟充满电相比，仍然有些差距。这种3D电池一旦落地，无疑会推动电动车行业向前迈出一大步，对于电动车普及来说更是好事。
如果电车充满电真的只花3分钟，你会考虑买电车吗？
