全固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代電動(dòng)汽車真正意義上的動(dòng)力電池,與目前廣泛采用的鋰電池相比,其充電更快、續(xù)航里程更長(zhǎng),安全性和壽命也有所提高。
鑒于此,多家汽車制造商紛紛押注全固態(tài)電池,如豐田公司將在2027年推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車;寶馬公司承諾2025年前推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車原型。
不過(guò),也有專家認(rèn)為,目前全固態(tài)電池“身價(jià)”比鋰電池高,搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車要想“飛入尋常百姓家”,關(guān)鍵是要開發(fā)出新材料以及相應(yīng)的量產(chǎn)工藝。
固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)多多
不同于目前作為電動(dòng)汽車主流動(dòng)力電池的液態(tài)鋰電池,全固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì)包括陶瓷、玻璃、硫化物或固體聚合物等。
與傳統(tǒng)電池相比,全固態(tài)電池?fù)碛兄T多“秘密武器”。
首先,全固態(tài)電池“塊頭”更小,“體重”更輕。其次,全固態(tài)電池能夠提供比傳統(tǒng)鋰離子電池高2.5倍的能量密度,可使設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作而不用頻繁充電。
此外,全固態(tài)電池充電時(shí)間更短,充電速度比目前的電池快4至6倍,且續(xù)航里程更長(zhǎng)——充電不到10分鐘便可驅(qū)動(dòng)汽車持續(xù)行駛1200公里,續(xù)航里程是現(xiàn)有電動(dòng)汽車的2.4倍。
另外,由于采用不含任何易燃成分的固體電解質(zhì),全固態(tài)電池完全沒有起火風(fēng)險(xiǎn),因此更加安全,壽命也更長(zhǎng)。全固態(tài)電池還具有出色的熱穩(wěn)定性,能夠承受較低或較高的溫度,在低溫環(huán)境中儲(chǔ)電能力強(qiáng),使其在寒冷的冬日或長(zhǎng)途旅行中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。
據(jù)《美國(guó)汽車周刊》網(wǎng)站報(bào)道,由福特和寶馬支持的電池開發(fā)商Solid Power公司正致力于在其電池設(shè)計(jì)中使用硫化物基固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液體電解質(zhì),與傳統(tǒng)鋰離子設(shè)計(jì)相比,其目標(biāo)是提供更輕的電池和更高的能量密度。
日本富士經(jīng)濟(jì)研究公司的數(shù)據(jù)顯示,全固態(tài)電池的市場(chǎng)規(guī)模將在2040年達(dá)到約264億美元。
汽車廠商開始布局
挪威科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授丹尼爾·瑞滕沃德認(rèn)為,全固態(tài)電池將成為未來(lái)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。不少嗅覺敏銳的汽車廠商已經(jīng)開始布局全固態(tài)電池。
今年年初,意大利極致公司推出了首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車,今年9月將挑戰(zhàn)紐北賽道紀(jì)錄。
日本豐田汽車公司在全固態(tài)電池研發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,擁有超過(guò)1000項(xiàng)相關(guān)專利。2020年夏天,豐田開發(fā)的全球首輛搭載固態(tài)電池的汽車拿到牌照,并開展了上路實(shí)驗(yàn)。豐田計(jì)劃在2025年前后將全固態(tài)電池用于其混合動(dòng)力汽車。
豐田研究所首席科學(xué)家格瑞爾·普拉特表示,混合動(dòng)力車所需的固態(tài)電池較小,成本更低,并可為新技術(shù)提供更好的測(cè)試平臺(tái)。
此外,日產(chǎn)汽車公司計(jì)劃在2028年前將搭載自主研發(fā)的全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車投放市場(chǎng);寶馬汽車公司則計(jì)劃在2025年前發(fā)布搭載全固態(tài)電池的試驗(yàn)車,2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
據(jù)美國(guó)知名科技博客thenextweb.com報(bào)道,日本本田公司也計(jì)劃把研究重點(diǎn)放在全固態(tài)電池上。該公司計(jì)劃開發(fā)自己的生產(chǎn)線,2024年春季投入運(yùn)營(yíng)。德國(guó)大眾品牌計(jì)劃2024年開始批量生產(chǎn)全固態(tài)電池。梅賽德斯-奔馳公司計(jì)劃2025年將全固態(tài)電池集成到其乘用車中。美國(guó)通用汽車目前正在密歇根州建立華萊士電池創(chuàng)新中心,該中心將專注于鋰離子電池和固態(tài)電池的研發(fā)。
降低成本是關(guān)鍵
全固態(tài)電池并非完美無(wú)缺,高昂的成本是其商業(yè)化的主要瓶頸。
固態(tài)電池所使用的固態(tài)電解質(zhì)大多需要使用極其昂貴的原材料進(jìn)行制備。而固態(tài)電解質(zhì)大多對(duì)空氣中的潮氣極度敏感,規(guī)?;a(chǎn)后要維持低濕度就會(huì)提高生產(chǎn)成本。
《日本經(jīng)濟(jì)新聞》指出,要普及全固態(tài)電池關(guān)鍵是要開發(fā)新的量產(chǎn)工藝。日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)的估算結(jié)果顯示,硫化物固態(tài)電池的生產(chǎn)成本為每千瓦420美元到2450美元,比目前使用的鋰電池高出4到25倍。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授團(tuán)隊(duì)在原材料成本上取得了突破,他們發(fā)現(xiàn)了一種新型氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)。該新型固態(tài)電解質(zhì)的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng),但其原材料成本價(jià)僅為每公斤7美元,遠(yuǎn)低于硫化物和氯化物固態(tài)電解質(zhì)每公斤190美元的成本價(jià),并且也遠(yuǎn)低于每公斤50美元這一適合商業(yè)化的閾值價(jià)格。
該研究成果發(fā)表于7月份出版的《自然·通訊》雜志。雜志審稿人表示,這一發(fā)現(xiàn)具有“新穎和原創(chuàng)性”,為全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用開辟了新途徑。
全固態(tài)電池的這些“先天不足”如果能被逐一攻克并最終投入商用,全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的格局或?qū)⒈恢厮堋?/p>
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 記者 劉 霞
評(píng)論