電池固態(tài)技術(shù)：比現(xiàn)在任何電池都更便宜充電速度更快？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-25 18:24
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固態(tài)技術(shù)承諾比現(xiàn)在任何電池都更便宜，充電速度也更快，但目前沒(méi)有人真正找出實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的方法。
要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛800公里的電動(dòng)汽車(chē)，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，汽車(chē)行業(yè)真想造出這樣的車(chē)，需要在電池技術(shù)上取得突破才行。
日本、中國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家正努力著，想要找出大幅提高電池儲(chǔ)能能力的方法，使電動(dòng)車(chē)的行駛里程達(dá)到與充滿(mǎn)油的傳統(tǒng)車(chē)相當(dāng)?shù)乃健?/span>
目前，這一探索集中在固態(tài)技術(shù)上，即對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料而不是可燃液體來(lái)實(shí)現(xiàn)充電和放電。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)。車(chē)企表示，鋰離子電池組的存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無(wú)法為跑長(zhǎng)途的車(chē)輛提供足夠的電力。
拿特斯拉的超級(jí)充電站來(lái)說(shuō)，30分鐘能將一輛耗盡的汽車(chē)充電至80%。如果能掌握固態(tài)技術(shù)，將進(jìn)一步加速內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的消亡，并有可能將電動(dòng)車(chē)的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短至10分鐘左右。
“除了固態(tài)技術(shù)，我們想不到還有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”福特汽車(chē)儲(chǔ)能策略與研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒（TedMiller）說(shuō)道。
米勒研究過(guò)多種增強(qiáng)電動(dòng)車(chē)電池能力的技術(shù)，“我現(xiàn)在無(wú)法預(yù)測(cè)的是，誰(shuí)會(huì)將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。”他補(bǔ)充說(shuō)。
固態(tài)電池使用更小體積電池組為電動(dòng)車(chē)提供更多續(xù)航里程
用電動(dòng)車(chē)替代燃油車(chē)預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的指數(shù)增長(zhǎng)，能為公司帶來(lái)無(wú)比巨大的回報(bào)。
彭博新能源金融（BNEF）最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動(dòng)的公交車(chē)和乘用車(chē)占了440G瓦時(shí)的鋰離子電池需求。到2030年，這一需求預(yù)計(jì)將激增至每年超過(guò)1500G瓦時(shí)。
瑞銀集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，電動(dòng)車(chē)電池的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場(chǎng)價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功之前
在進(jìn)入電動(dòng)車(chē)和公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能領(lǐng)域之前，鋰離子技術(shù)幾十年來(lái)都是移動(dòng)電話(huà)和個(gè)人電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它使用液體電解質(zhì)在正極和負(fù)極之間傳送離子，為電池充電或放電。
而固態(tài)電池，顧名思義，是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料來(lái)代替液體的電池產(chǎn)品。這將降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，電池組體積也能變得更小，方便安裝在汽車(chē)座椅之下。
研究人員希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽(yáng)極配對(duì)，以提高能量密度。這不僅使電動(dòng)車(chē)一次充滿(mǎn)電后可以行駛更長(zhǎng)距離，也有助于消除消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程的擔(dān)憂(yōu)，從而提高銷(xiāo)售量。
但是，要實(shí)現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。
現(xiàn)階段的原型產(chǎn)品使用壽命過(guò)短，傳導(dǎo)率也低的可憐，并不適用于電動(dòng)車(chē)。更不用說(shuō)，還有過(guò)高的制造成本，充放電時(shí)也有可能發(fā)生材料的劇烈膨脹和收縮等不利因素。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心（LIBTEC）常務(wù)理事石黒恭生說(shuō)：“當(dāng)科學(xué)家解決了一個(gè)問(wèn)題的同時(shí)，通常會(huì)加劇另一個(gè)問(wèn)題的影響。”
“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了5項(xiàng)最重要的事情中的1項(xiàng)、2項(xiàng)或3項(xiàng)，但沒(méi)有人真正解決所有問(wèn)題。”菲斯科電動(dòng)汽車(chē)公司董事長(zhǎng)兼CEO亨里克·菲斯科（HenrikFisker）給出了這樣的解釋。
包括豐田、松下和日產(chǎn)在內(nèi)，超過(guò)25家公司得到了約9000萬(wàn)美元政府資金支持，以加快固態(tài)技術(shù)發(fā)展。
中國(guó)青島市新能源研究所將在2年內(nèi)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，并考慮2025年前將其商業(yè)化；中國(guó)最大的電池生產(chǎn)商寧德時(shí)代也在其先進(jìn)電池研究中加入了固態(tài)電池。
韓國(guó)三星SDI、SK創(chuàng)新和現(xiàn)代汽車(chē)都表態(tài)說(shuō)，正在研究這項(xiàng)技術(shù)；開(kāi)始造電動(dòng)車(chē)的英國(guó)戴森公司也把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了固態(tài)電池。
“至于乘用車(chē)，我們應(yīng)該會(huì)在2020年代初期看到原型產(chǎn)品。”戴姆勒電池研究負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·辛坦納赫（AndreasHintennach）說(shuō)道。
大眾汽車(chē)則計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴QuantumScape開(kāi)始試生產(chǎn)。
上述公司給出的時(shí)間線(xiàn)也許證明了他們對(duì)此項(xiàng)技術(shù)積極樂(lè)觀的態(tài)度。但博爾德總經(jīng)理、行業(yè)顧問(wèn)薩姆·賈菲（SamJaffe）卻說(shuō)：“實(shí)際上，想要讓這類(lèi)電池發(fā)揮作用，各個(gè)公司面臨的將是一個(gè)殘酷的戰(zhàn)場(chǎng)，還沒(méi)有一家企業(yè)有獲勝的把握。”
BNEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）認(rèn)為，到2020年代末，具備上述所有優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電池才會(huì)面市，即便如此，其定價(jià)仍有可能偏高。
至于特斯拉，這家公司稱(chēng)經(jīng)常與開(kāi)發(fā)人員交談，并對(duì)電池原型進(jìn)行評(píng)估，但目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的技術(shù)。
它的ModelS一次充電可以行駛約539公里，“我們已經(jīng)盡了最大的努力，如果有更好的技術(shù)，公司愿意去嘗試，只是我們目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)更優(yōu)選擇。”特斯拉CTO斯特勞貝爾（JBStraubel）在一次年度會(huì)議上說(shuō)道。
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。
要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛800公里的電動(dòng)汽車(chē)，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，汽車(chē)行業(yè)真想造出這樣的車(chē)，需要在電池技術(shù)上取得突破才行。
日本、中國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家正努力著，想要找出大幅提高電池儲(chǔ)能能力的方法，使電動(dòng)車(chē)的行駛里程達(dá)到與充滿(mǎn)油的傳統(tǒng)車(chē)相當(dāng)?shù)乃健?/span>
目前，這一探索集中在固態(tài)技術(shù)上，即對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料而不是可燃液體來(lái)實(shí)現(xiàn)充電和放電。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)。車(chē)企表示，鋰離子電池組的存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無(wú)法為跑長(zhǎng)途的車(chē)輛提供足夠的電力。
拿特斯拉的超級(jí)充電站來(lái)說(shuō)，30分鐘能將一輛耗盡的汽車(chē)充電至80%。如果能掌握固態(tài)技術(shù)，將進(jìn)一步加速內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的消亡，并有可能將電動(dòng)車(chē)的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短至10分鐘左右。
“除了固態(tài)技術(shù)，我們想不到還有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”福特汽車(chē)儲(chǔ)能策略與研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒（TedMiller）說(shuō)道。
米勒研究過(guò)多種增強(qiáng)電動(dòng)車(chē)電池能力的技術(shù)，“我現(xiàn)在無(wú)法預(yù)測(cè)的是，誰(shuí)會(huì)將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。”他補(bǔ)充說(shuō)。
固態(tài)電池使用更小體積電池組為電動(dòng)車(chē)提供更多續(xù)航里程
用電動(dòng)車(chē)替代燃油車(chē)預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的指數(shù)增長(zhǎng)，能為公司帶來(lái)無(wú)比巨大的回報(bào)。
彭博新能源金融（BNEF）最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動(dòng)的公交車(chē)和乘用車(chē)占了440G瓦時(shí)的鋰離子電池需求。到2030年，這一需求預(yù)計(jì)將激增至每年超過(guò)1500G瓦時(shí)。
瑞銀集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，電動(dòng)車(chē)電池的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場(chǎng)價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功之前
在進(jìn)入電動(dòng)車(chē)和公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能領(lǐng)域之前，鋰離子技術(shù)幾十年來(lái)都是移動(dòng)電話(huà)和個(gè)人電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它使用液體電解質(zhì)在正極和負(fù)極之間傳送離子，為電池充電或放電。
而固態(tài)電池，顧名思義，是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料來(lái)代替液體的電池產(chǎn)品。這將降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，電池組體積也能變得更小，方便安裝在汽車(chē)座椅之下。
研究人員希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽(yáng)極配對(duì)，以提高能量密度。這不僅使電動(dòng)車(chē)一次充滿(mǎn)電后可以行駛更長(zhǎng)距離，也有助于消除消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程的擔(dān)憂(yōu)，從而提高銷(xiāo)售量。
但是，要實(shí)現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。
現(xiàn)階段的原型產(chǎn)品使用壽命過(guò)短，傳導(dǎo)率也低的可憐，并不適用于電動(dòng)車(chē)。更不用說(shuō)，還有過(guò)高的制造成本，充放電時(shí)也有可能發(fā)生材料的劇烈膨脹和收縮等不利因素。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心（LIBTEC）常務(wù)理事石黒恭生說(shuō)：“當(dāng)科學(xué)家解決了一個(gè)問(wèn)題的同時(shí)，通常會(huì)加劇另一個(gè)問(wèn)題的影響。”
“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了5項(xiàng)最重要的事情中的1項(xiàng)、2項(xiàng)或3項(xiàng)，但沒(méi)有人真正解決所有問(wèn)題。”菲斯科電動(dòng)汽車(chē)公司董事長(zhǎng)兼CEO亨里克·菲斯科（HenrikFisker）給出了這樣的解釋。
包括豐田、松下和日產(chǎn)在內(nèi)，超過(guò)25家公司得到了約9000萬(wàn)美元政府資金支持，以加快固態(tài)技術(shù)發(fā)展。
中國(guó)青島市新能源研究所將在2年內(nèi)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，并考慮2025年前將其商業(yè)化；中國(guó)最大的電池生產(chǎn)商寧德時(shí)代也在其先進(jìn)電池研究中加入了固態(tài)電池。
韓國(guó)三星SDI、SK創(chuàng)新和現(xiàn)代汽車(chē)都表態(tài)說(shuō)，正在研究這項(xiàng)技術(shù)；開(kāi)始造電動(dòng)車(chē)的英國(guó)戴森公司也把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了固態(tài)電池。
“至于乘用車(chē)，我們應(yīng)該會(huì)在2020年代初期看到原型產(chǎn)品。”戴姆勒電池研究負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·辛坦納赫（AndreasHintennach）說(shuō)道。
大眾汽車(chē)則計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴QuantumScape開(kāi)始試生產(chǎn)。
上述公司給出的時(shí)間線(xiàn)也許證明了他們對(duì)此項(xiàng)技術(shù)積極樂(lè)觀的態(tài)度。但博爾德總經(jīng)理、行業(yè)顧問(wèn)薩姆·賈菲（SamJaffe）卻說(shuō)：“實(shí)際上，想要讓這類(lèi)電池發(fā)揮作用，各個(gè)公司面臨的將是一個(gè)殘酷的戰(zhàn)場(chǎng)，還沒(méi)有一家企業(yè)有獲勝的把握。”
BNEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）認(rèn)為，到2020年代末，具備上述所有優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電池才會(huì)面市，即便如此，其定價(jià)仍有可能偏高。
至于特斯拉，這家公司稱(chēng)經(jīng)常與開(kāi)發(fā)人員交談，并對(duì)電池原型進(jìn)行評(píng)估，但目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的技術(shù)。
它的ModelS一次充電可以行駛約539公里，“我們已經(jīng)盡了最大的努力，如果有更好的技術(shù)，公司愿意去嘗試，只是我們目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)更優(yōu)選擇。”特斯拉CTO斯特勞貝爾（JBStraubel）在一次年度會(huì)議上說(shuō)道。
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。
