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          解析固態鋰電池:開辟續航新時代 無奈商業化之路漫漫

          發布時間: 2015-09-22 09:50:29    來源: 第一財經日報    作者: 楊海艷
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          [摘要]從理論的提出時間來看,固態電池并不是一個新的概念,但多年來,研發上的進展并沒有想象那么快速。韓國三星的一位技術人員認為,即便Sakti3最終能做到成本上的降低,電池從實驗室到最終的量產也需要不短的時間。正如液態鋰電池,經過二十多年才真正得到大規模的使用。

            其實,不只是大眾。早在2010年,豐田就曾推出過續航里程可超過1000KM的固態電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態電池來取代傳統的液態鋰電池。

            傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負兩極,中間為電解質(液態)。而鋰離子就像優秀的運動員,在搖椅的兩端來回奔跑,在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中,電池的充放電過程便完成了。固態電池的原理與之相同,只不過其電解質為固態,具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導更大的電流,進而提升電池容量。因此,同樣的電量,固態電池體積將變得更小。不僅如此,固態電池中由于沒有電解液,封存將會變得更加容易,在汽車等大型設備上使用時,也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等,不僅節約了成本,還能有效減輕重量。

            據其官方稱,Sakti3已制造出能量密度達1100瓦時/升的電池,這一能量密度幾乎是目前鋰離子電池的2倍。美國佛羅里達大學的電池專家、材料科學教授凱文·瓊斯(KevinJones)認為:如果電池蓄電量能像Sakti3提出的那樣多,那么電動汽車的購買和使用成本就有可能與普通汽車相同。

            而且固態電池還有另一項優勢--在事故中損壞時不易爆炸或起火。要知道的是,在此之前,在新能源汽車領域與特斯拉同樣享有盛名的菲斯科,后來之所以會破產并慢慢銷聲匿跡,在很大程度上就是因為其頻繁出現的電池起火事件以及其他故障。

            此前,臺灣輝能科技公司(ProLogium)就曾推出一款采用軟性電路板為基材的固態電池,其厚度可以達到驚人的2mm,相當于一小片口香糖的厚度,可以隨意折疊彎曲,展開弄平整再進行使用。這么一塊看似不起眼的電池,其容量可以達到1000毫安,而一個iPhone般大小的充電寶,其容量也就在5000毫安左右。

            如果固態電池能夠得到商業化應用,大眾可以造出在續航上超越特斯拉的電動車,可穿戴電子設備也能夠擺脫電池技術的束縛,其外觀和形狀都可以起到驚人的變化。

            商業化路途漫漫

            加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發固態鋰電池,最終2006年正式申請破產。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器,代替電池中的液體電解質,但一直沒有解決安全問題,在北美地區發生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。

            Sakti3公司的聯合創始人兼CEOAnnMarieSastry對外表示,Sakti3公司的固態電池采用薄膜沉積技術進行生產,這一技術也常用于平板顯示器和光伏太陽能電池的生產,“將電池劈成兩半或者把電池放在高溫環境里,但電池仍能繼續工作”,在她看來,Sakti3生產的固態電池在安全上已經完全可以放心。

            “開發新技術不會是一個無阻礙的路徑。我需要一個水晶球才能預測在開發過程中遇到的所有挑戰。英國人有句話叫‘stickyourneckontheline’,就是硬著頭皮去嘗試一些新的和不同的東西。如果成功就太好了,但如果失敗,你已經在過程中學習,可以再繼續直到成功。”詹姆斯·戴森如此對記者評說他在這次投資中可能會遇到的風險。

            此前,豐田曾經表示,希望到2020年,能在新能源車上應用固態電池技術。但豐田并沒有將這一技術作為未來新能源的唯一出路,就在此前不久,它對外發布了首款量產的氫燃料電池汽車。

            “固態電池可能是未來電池技術的發展方向之一,但也許不是最好的。”上述新能源生產企業的技術人員告訴記者,“包括燃料電池、超級電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發展空間,而最終,要看哪種路線發展更快、更接地氣。”所謂接地氣,就是在商業化的規模和成本方面都能達到完美的平衡點。首先,使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次,要在各個行業和領域都有實現大規模應用的可能。

            或許,現在最具考驗的地方在于價格。據記者了解,液態鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時,如果使用現有技術制造足以為智能手機供電的固態電池,其成本會達到1.5萬美元,而足以為汽車供電的固態電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。

            Sastry表示,固態電池生產成本居高不下的一個重要原因在于生產效率低下。按照Sastry的規劃,Sakti3最終將會把電池的成本降低至100美元/千瓦時,不過,她并沒有給出最終的時間。

            從理論的提出時間來看,固態電池并不是一個新的概念,但多年來,研發上的進展并沒有想象那么快速。韓國三星的一位技術人員認為,即便Sakti3最終能做到成本上的降低,電池從實驗室到最終的量產也需要不短的時間。正如液態鋰電池,在上世紀70年代,相關的理念和實驗認證就在齊頭并進地推進,但真正大規模的使用,已經是20世紀末了。

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