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充電更快、續(xù)航里程更長、安全性更高,多國車企押注全固態(tài)電池|科技創(chuàng)新世界潮

作者:劉霞 2023-08-29 14:36 來源:科技日報 次閱讀
 
多國車企押注全固態(tài)電池

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圖片來源:物理學家組織網(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”,關鍵是要開發(fā)出新材料以及相應的量產(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,全固態(tài)電池完全沒有起火風險,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計中使用硫化物基固體電解質代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液體電解質,與傳統(tǒng)鋰離子設計相比,其目標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

挪威科技大學材料科學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)紐北賽道紀錄。

日本豐田汽車公司在全固態(tài)電池研發(fā)領域處于領先地位,擁有超過1000項相關專利。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)電解質大多對空氣中的潮氣極度敏感,規(guī)?;a(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)電池關鍵是要開發(fā)新的量產(chǎn)工藝。日本科學技術振興機構的估算結果顯示,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。

中國科學技術大學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。該新型固態(tài)電解質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)電解質相當,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將被重塑。


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