中國儲能網(wǎng)訊：英國《經(jīng)濟學人》雜志發(fā)表文章，題目是Superbatteries will transform the performance of EVs（超級電池將改變電動汽車的性能）。
當被問及他們最想要電動汽車做什么時，許多駕車者會列出三件事：續(xù)航里程長、充電時間短，以及與配備內(nèi)燃機的類似車輛相比具有競爭力的價格。為了幫助實現(xiàn)這些目標，電動汽車制造商一直在尋找方法，用更先進的“固態(tài)”版本取代為大多數(shù)現(xiàn)代電動汽車提供動力的常規(guī)鋰離子電池。這些新型超級電池研發(fā)長期以來一直追求充電更快，續(xù)航里程更大。終于，經(jīng)過多年的技術問題，制造這些電池的努力正在取得成果，第一批固態(tài)鋰離子電池將在未來幾年內(nèi)投入生產(chǎn)。
全球最大的汽車制造商豐田從2012年開始研究固態(tài)電池。該公司最近宣布已經(jīng)取得了“技術突破”，計劃最早在2027年開始生產(chǎn)固態(tài)電池。豐田聲稱，其新電池將為電動汽車提供1200公里的續(xù)航里程，大約是許多現(xiàn)有車型的兩倍，并且可以在大約十分鐘內(nèi)充電完畢。
豐田并非個例。其他開發(fā)固態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)商也在宣稱類似的性能數(shù)據(jù)。例如，日產(chǎn)公司正在橫濱建立一個試點工廠，明年將開始生產(chǎn)測試版本。寶馬與科羅拉多州的電池開發(fā)商Solid Power合作，計劃在德國建造一座類似的工廠。硅谷初創(chuàng)公司QuantumScape已開始向大眾汽車運送固態(tài)電池原型。
開發(fā)固態(tài)電池花了這么長時間也許并不奇怪。讓一種新型電池在實驗室工作是一回事，但擴大規(guī)模以在工廠生產(chǎn)數(shù)百萬電池是一件困難的事情。盡管鋰離子電池是在20世紀70年代末發(fā)明的，但直到20世紀90年代初，鋰離子電池本身才完全商業(yè)化，最初用于筆記本電腦和手機等便攜式電子設備，后來又成為可用于為新一代電動汽車供電的更大版本。
電動汽車自汽車問世以來就一直存在。但這些早期的電動汽車，以及隨后幾年出現(xiàn)的其他電動汽車，主要由數(shù)十種重型鉛酸電池供電，這些電池價格昂貴，續(xù)航里程有限。鋰離子電池重量輕，能夠儲存大量電荷，降低了成本，增加了續(xù)航里程，使交通電氣化得以真正開始。固態(tài)鋰離子電池可能帶來更大的轉變。
汽車制造商最初被固態(tài)電池吸引是為了提高安全性，因為傳統(tǒng)的鋰離子電池有風險。這是因為它們含有一種液體電解質(zhì)，這種電解質(zhì)通常由有機溶劑制成，并且非常易燃。因此，如果鋰離子電池損壞（可能發(fā)生在事故中），或者在充電時過熱，它可能會爆炸起火。使用不易燃的固體電解質(zhì)可以防止這種情況。固體電解質(zhì)可以由多種化學物質(zhì)制成，包括聚合物和陶瓷。但即使是大規(guī)模生產(chǎn)的豐田，最初也發(fā)現(xiàn)很難讓固態(tài)電池在很長一段時間內(nèi)高效工作。
固體電解質(zhì)本身并不一定能提高電池的性能。但它確實允許對鋰離子電池進行重新設計，使其變得更小、更輕，從而將更多的能量裝入更小的空間。它還允許工程師擴大他們可以用來生產(chǎn)鋰離子電池的材料范圍，并對其工作原理進行修改。盡管最初存在問題，但在過去的一年里，日本汽車制造商在研究如何大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)鋰離子電池方面取得了巨大進展。由于在推出電動汽車方面落后，日本企業(yè)計劃使用這些新型電池來超越競爭對手。
許多占據(jù)市場主導地位的中國電池制造商正在研發(fā)半固態(tài)電池。寧德時代是一家中國公司，生產(chǎn)全球三分之一以上的電動汽車電池。該公司表示，它可能在今年晚些時候開始生產(chǎn)一種半固態(tài)電池，稱之為“濃縮”電池。該公司聲稱，這將具有高水平的安全性和巨大的存儲容量。
電池的容量可以通過其比能量來衡量，即可以按重量儲存的能量。根據(jù)寧德時代的說法，其濃縮電池將能夠儲存高達每公斤500瓦時（wh/kg）的電量。目前市場上可用的具有液體電解質(zhì)的性能最高的鋰離子電池一般最高可達300wh/kg左右。全固態(tài)電池可能達到600wh/kg或更高。除了提高電動汽車在道路上的性能外，這種功率和重量的電池還將大大擴大小型垂直起降空中飛機的續(xù)航里程，這些出租飛行機即將獲得適航認證。
在這些新電池進入汽車并對制造商的說法進行測試之前，還不能確定它們的性能如何。現(xiàn)有電動汽車的廣告范圍在實際駕駛條件下可能無法實現(xiàn)。第一批半固態(tài)電池將于2025-26年出現(xiàn)在汽車上。預計像豐田和其他公司正在開發(fā)的第一款全固態(tài)版本將于2028年出現(xiàn)。
在很大程度上，大規(guī)模生產(chǎn)在降低成本方面的成功程度將取決于未來十年原材料價格的發(fā)展。保時捷咨詢公司的Fabian Duffner表示：“固態(tài)電池將消耗更多的鋰?！?與此同時，生產(chǎn)商也將需要額外的鋰，因為他們越來越多地將更多的生產(chǎn)從內(nèi)燃機汽車轉向電動汽車。有時被稱為“白金”的鋰價格一直在過山車上。去年年底，電池級碳酸鋰的價格飆升至每噸8萬美元，但此后又回落至4萬美元左右，仍然是兩年前的兩倍左右。鎳價格也一直不穩(wěn)定。
循環(huán)利用回收材料會有所幫助。大多數(shù)運營商已經(jīng)從消費電子產(chǎn)品中回收電池，并將擴大規(guī)模。電池被分離出來后，它們就會被研磨，鋰、鈷、鎳和錳等材料可以被回收和純化。
無論如何，固態(tài)鋰離子電池即將問世。它們看起來很有前景，最終可以讓電動汽車在續(xù)航里程、性能和便利性方面與使用骯臟老式內(nèi)燃機的汽車競爭。目前，標準鋰離子電池約占電動汽車成本的40%。如果固態(tài)超級電池也要讓電動汽車在價格上競爭，這一成本比例將必須下降。
