下一代锂基电池是全球战略的关键组成部分，可实现交通运输及其他领域的脱碳目标。我们知道锂基电池具有高能量密度。但是房间里有一头大象。制造商将如何不仅满足对更多电动汽车电池的大幅增长需求，而且生产先进的锂离子电池和未来电池?

不乏创意。几乎每天都会报道新的化学或发现。但随之而来的是真正的挑战：将实验室材料和制造工艺扩展到工业水平以用于商业应用。

这种放大是房间里的大象，在电池研究员JieXiao以及学术界和工业界的合作者领导的一篇新评论文章中正面面对它。

“我们在问这样一个问题，‘我们如何才能进行与工业制造相关的研究?’”肖说。“我们习惯于做基础科学。但研究界如何支持制造科学?问题和挑战是不同的。行业通常没有内部资源来解决制造过程中提出的这些研究问题。”

煮出数百万种电池材料

想象一下将十几个饼干的食谱扩展到一百万个饼干的挑战。“面团”的体积变得更大，每批都必须混合并烘烤到准确的温度和熟度，然后日复一日以完全相同的方式重复。这就是将电池材料生产从实验室扩展到工厂车间的挑战。

这篇刚刚发表在NatureEnergy上的新文章概述了知识差距，例如，材料在小型实验室样品中的行为方式与千升桶中的行为方式。作者提出了一种思考研究问题的新方法，该方法考虑了从实验室转移到制造车间的真正挑战。

“通常我们做基础研究的时候，不会太在意成本，”肖说。“但对于工业制造而言，材料和加工都需要具有成本效益。例如，我们在实验室中倾向于使用我们可以获得的最纯净的原材料，以获得性能最佳的电池材料。我们的问题是现在需要问的是，“我们的系统对不同杂质水平的容忍度是多少?”这是一种不同的心态。”

肖补充说，在未来，研究人员可能会考虑设计实验，研究不同种类杂质和不同杂质含量的影响，以确定耐受水平并降低制造成本。我们能否找到一种方法来利用某些杂质来提高材料性能，同时降低工业制造成本?

“这些都是紧迫的问题，需要研究重点的转变，以及跨学术界和工业界文化的协作思维，”肖说。

将锂制成薄箔：挑战与机遇

要使锂离子电池的能量翻倍，需要在电池中加入锂金属。PNNL领导着Battery500联盟，该联盟旨在开发下一代高能可充电锂金属电池，目标电池能量为500Wh/kg。锂金属电池的负电极或阳极通常由一片薄锂箔组成。这些箔可以通过挤压和轧制、蒸发或电化学镀制成。

每个都有优点和缺点。板材成型时的针孔、间隙甚至滑动等缺陷都会影响性能。Xiao和她的同事概述了科学家聚集在一起探索基本材料特性的几个想法和机会，所有这些都是为了帮助工业合作伙伴从他们的制造过程中获得更好的性能。

智能制造

为了降低制造成本，工业界寻求高生产率和高效率。这两个因素——速度和高容量——会引发质量控制问题。要提高制造速度，了解生产线限制的根本原因非常重要。作者回顾了四种不同的方法来检测电池组件中可能导致电池故障的有害金属杂质。此外，他们还调查了生产线传感器限制生产速度的原因。他们还讨论了在线诊断和人工智能的结合如何实现智能制造。

研究中概述的这些和其他几个研究机会指出了弥合实验室研究与商业化成功之间通常很困难的差距的方法。

肖说：“国家实验室可以通过使用其独特的科学工具和设施，帮助行业首先确定制造业中的科学问题，在行业相关规模上解决这些问题，并帮助降低制造商在扩大规模时面临的风险和成本。”“我们将这篇文章视为对科学和工业研究界的一种服务，因此他们可以找到聚集在一起的方法，并重新审视以不同方式合作进行基础研究的意义。”

这一研究观点是为了纪念PeterFaguy的遗产，他是DOE车辆技术办公室的长期领导者。

肖说：“彼得表现出了对科学的模范奉献精神，并坚定不移地支持科学界应对电池材料和制造方面的关键挑战。”“彼得的遗产在他支持的科学界是显而易见的，并将通过我们在这里和未来的努力继续下去。”从这个角度来看，学术界和工业界的合作者建立了更紧密的联系，将基础研究和制造联系起来。