该研究为2018年由密歇根大学航空航天工程教授Venkat Viswanathan领导的一项研究中确定的问题提供了解决方案，同时该项研究发表在《焦耳》杂志上。
Viswanathan表示：“无论是起飞还是降落，都需要高功率，而降落更具挑战性，因为电池并未完全充满。要实现高功率输出，必须降低所有阻力。任何影响功率传输的因素都需考虑。”
研究团队强调，这与电动汽车电池的需求截然不同，后者主要需要保持其续航里程。“在电动汽车中，我们关注的是电池容量随时间衰减，”伯克利实验室分子铸造厂的博士后研究员、该研究的主要作者Youngmin Ko表示，“然而对于飞机，关键在于功率的衰减——即能否持续提供高功率以支持起飞和降落。”
容量衰减和功率衰减通常发生在锂离子无法轻松进出电极时。容量衰减的关键在于锂离子在电极间移动的数量，而功率衰减的主要因素是速度。问题在于电极上的腐蚀积累，占据了原本可以容纳锂离子的空间，并使得锂离子更难到达可用空间。
在研究的主要作者、伯克利实验室分子铸造厂的高级职员科学家Brett Helms的领导下，团队借鉴了生物学的方法，探索了电极和电解质之间的相互作用。在生命科学研究中，通常被称为“组学”的领域通过分析细胞成分——哪些基因被读取，哪些蛋白质被制造等——来寻找线索。
在这种情况下，团队尝试了不同的电解质化学成分，观察了电池充放电过程中电解质在不同位置发生的微妙变化。以往的研究通常将功率衰减归因于电池负极侧出现的问题，因为锂金属非常活泼。
然而，研究团队发现，在正极附近——具体为镍锰钴氧化物——正在形成破坏性分子。这些分子与正极材料反应，导致其颗粒随时间出现裂纹和腐蚀，从而阻碍锂离子的移动，降低了电池的电力输出。
“这是一个不明显的现象，”Ko说，“我们发现，在电解液中混合盐可以抑制通常具有反应性的物种的活性，这些物种形成了一层稳定且耐腐蚀的涂层。”
24M公司随后采用这种化学物质制造了一个测试电池，并将其发送给And Battery Aero——一家由Viswanathan与他的前博士生、本研究及2018年研究的共同作者Shashank Sripad共同创立的初创公司。
Sripad通过模拟电动飞机起飞、飞行和着陆的实际顺序，反复从电池中抽取电力进行测试，仿佛该电池是电动飞机供电的完整电池模块的一部分。与传统电池相比，新型电池在电动飞行所需的功率与能量比方面保持了四倍的时间。
Helms表示：“重型运输行业，包括航空业，在电气化方面尚未得到充分探索。我们的研究重新定义了可能性，推动电池技术的发展，以实现更深层次的脱碳。”
随后，24M将制造一个完整的电池，由And Battery Aero在螺旋桨试验台上进行测试。明年，团队计划尝试使用这些电池进行电动飞行测试。该团队——包括加州大学伯克利分校的科学家还计划扩大组学在电池研究中的应用，探索各种电解质成分之间的相互作用，以进一步理解和定制电池在交通和电网中当前及新兴应用场景中的性能。
本研究得到了美国能源部先进研究项目署-能源（ARPA-E）和美国能源部科学办公室（基础能源科学）的支持。（航柯）
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