圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
科技日報記者?劉霞
全固態(tài)電池被認為是下一代電動汽車真正意義上的動力電池，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，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)電池的電動汽車；寶馬公司承諾2025年前推出搭載全固態(tài)電池的電動汽車原型。
不過，也有專家認為，目前全固態(tài)電池“身價”比鋰電池高，搭載全固態(tài)電池的電動汽車要想“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)勢多多
不同于目前作為電動汽車主流動力電池的液態(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)電池擁有諸多“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)備長時間工作而不用頻繁充電。
此外，全固態(tài)電池充電時間更短，充電速度比目前的電池快4至6倍，且續(xù)航里程更長——充電不到10分鐘便可驅(qū)動汽車持續(xù)行駛1200公里，續(xù)航里程是現(xiàn)有電動汽車的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，因此更加安全，壽命也更長。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)境中儲電能力強，使其在寒冷的冬日或長途旅行中獨具優(yōu)勢。
據(jù)《美國汽車周刊》網(wǎng)站報道，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)濟研究公司的數(shù)據(jù)顯示，全固態(tài)電池的市場規(guī)模將在2040年達到約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·瑞滕沃德認為，全固態(tài)電池將成為未來電動汽車的動力電池。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1000項相關(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，并開展了上路實驗。豐田計劃在2025年前后將全固態(tài)電池用于其混合動力汽車。
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)提供更好的測試平臺。
此外，日產(chǎn)汽車公司計劃在2028年前將搭載自主研發(fā)的全固態(tài)電池的電動汽車投放市場；寶馬汽車公司則計劃在2025年前發(fā)布搭載全固態(tài)電池的試驗車，2030年前實現(xiàn)量產(chǎn)。
據(jù)美國知名科技博客thenextweb.com報道，日本本田公司也計劃把研究重點放在全固態(tài)電池上。該公司計劃開發(fā)自己的生產(chǎn)線，2024年春季投入運營。德國大眾品牌計劃2024年開始批量生產(chǎn)全固態(tài)電池。梅賽德斯-奔馳公司計劃2025年將全固態(tài)電池集成到其乘用車中。美國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行制備。而固態(tài)電解質(zhì)大多對空氣中的潮氣極度敏感，規(guī)模化生產(chǎn)后要維持低濕度就會提高生產(chǎn)成本。
《日本經(jīng)濟新聞》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。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授團隊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)，但其原材料成本價僅為每公斤7美元，遠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，并且也遠低于每公斤50美元這一適合商業(yè)化的閾值價格。
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，全球電動汽車市場的格局或?qū)⒈恢厮堋?/p>
