美国国防部（DOD）一直以来在车辆电气化方面表现得非常谨慎，但在寻找下一代便携式电池方面却积极进取。近日，美国公司NanoGraf宣布其新型硅电池已经进入量产阶段，并获得了大规模订单，专为军事用途设计。该电池旨在为士兵的便携式电子设备供电，但也暗示了电动车电池的潜在应用。
解读美国军方的电池负担
当今的电子军事装备需要大量电池来为士兵携带的便携式电子设备供电，同时还需备有额外电池以防损坏或丢失，从而增加了负担。一款更轻、更耐用、且更可靠的电池将有助于减轻这一负担，而这正是NanoGraf的目标所在。
2020年，位于芝加哥的NanoGraf公司宣布与国防部合作，获得165万美元的资助，用于开发一款专为便携式电子设备设计的硅电池。这款新电池采用了硅阳极，替代了传统锂离子电池中使用的石墨阳极。
硅电池的概念已经酝酿多年。NanoGraf公司起源于美国能源部（DOE）阿贡国家实验室和西北大学的一项研究项目，并在2012年成立。2016年，能源部科学技术信息办公室（OSTI）高度评价了NanoGraf的硅电池。当时，NanoGraf还使用其旧名SiNode。
OSTI指出，SiNode的核心技术是在DOE的能源前沿研究中心（EFRCs）之一——阿贡国家实验室的电气能源存储中心（CEES）开发的，该技术使电池能够存储更多的锂，从而实现更快的充电速度和更长的使用寿命。具体来说，SiNode的硅配方容量范围在1000 mAh/g到2500 mAh/g之间，远远超过了石墨阳极的372 mAh/g容量。
硅电池与石墨烯的秘密
NanoGraf的技术亮点在于其石墨烯支架。石墨烯是一种超薄但超强的石墨材料。其发现者在2004年首次描述了这一材料，相关背景可见于各类石墨烯研究文献。2019年，阿贡国家实验室宣布，其电化学能源科学中心因硅-石墨烯阳极的工作获得了能源部的奖项。
最新消息显示，NanoGraf于7月16日宣布其M38 18650硅电池获得了美国军方的首批订单。尽管未透露具体客户名称，NanoGraf表示订单来自“全球领先的航空航天和国防技术承包商”。这些电池将主要用于手持无线电设备，预计比目前使用的电池寿命长15%。
NanoGraf还提到，今年1月其与美国陆军签署了一份价值高达1500万美元的新合同，用于开发士兵在野外使用的通用电池，这使得NanoGraf从美国国防部获得的总资助金额达到4500万美元。部分资助用于在芝加哥建设一个新的NanoGraf电池工厂。一旦投入运营，它将成为美国首个此类高容量制造设施。
硅电池与电动车市场
NanoGraf还透露，其新型800瓦时/升（Wh/L）硅电池的发展得到了国防部等机构的支持。这款新电池“几乎适用于任何应用——从消费电子产品到电动车电池，再到士兵在行动中使用的设备电池”，NanoGraf表示。
NanoGraf强调，电动车市场是高能量密度电池的最大机会之一，因为“续航焦虑”是主流消费者接受电动车的主要障碍。NanoGraf的新电池技术可以立即为电动车提供续航提升，例如特斯拉Model S在单次充电后的续航里程将比目前在路上的同类车型长约28%。
尽管如此，美国国防部还未达到全面电气化其车辆的地步，尤其是其坦克。然而，非战术车辆是一个可以探索的领域。例如，美国陆军工程兵团正在研究一款新的电动车，用于其基础设施项目和应急响应的越野使用。
NanoGraf新硅电池不仅在军事领域展现了其潜力，还在电动车市场中带来了新的希望。随着这些技术的不断发展和应用，未来我们或许可以看到更多领域从中受益。
