如果固态电池能够得到商业化应用,大众可以造出在续航上超越特斯拉的电动车,可穿戴电子设备也能够摆脱电池技术的束缚,其外观和形状都可以起到惊人的变化。
固态电池的创新可能
不过,既然液态锂电池的能量密度暂未能获得大幅提升,那么,有别的更具优势的电池技术可以替代它吗?
据彭博社报道称,大众汽车CEO马丁·文德恩(MartinWinterkorn)日前就在斯图加特举行的一个新闻发布会上表示,大众汽车计划在今年上半年作出决定,是否将美国初创企业QuantumScape正在开发的新电池技术用于大众的电动汽车上。
如果采用上述固态电池技术,大众电动汽车的续航里程将达到700公里,超过特斯拉ModelS以及现有的所有新能源汽车。或许正因如此,早在2014年12月,大众汽车公司收购了上述QuantumScape公司约5%的股权。
其实,不只是大众。早在2010年,丰田就曾推出过续航里程可超过1000KM的固态电池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在试图用固态电池来取代传统的液态锂电池。
传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员,在摇椅的两端来回奔跑,在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存将会变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,不仅节约了成本,还能有效减轻重量。
据其官方称,Sakti3已制造出能量密度达1100瓦时/升的电池,这一能量密度几乎是目前锂离子电池的2倍。美国佛罗里达大学的电池专家、材料科学教授凯文·琼斯(KevinJones)认为:如果电池蓄电量能像Sakti3提出的那样多,那么电动汽车的购买和使用成本就有可能与普通汽车相同。
而且固态电池还有另一项优势——在事故中损坏时不易爆炸或起火。要知道的是,在此之前,在新能源汽车领域与特斯拉同样享有盛名的菲斯科,后来之所以会破产并慢慢销声匿迹,在很大程度上就是因为其频繁出现的电池起火事件以及其他故障。
此前,台湾辉能科技公司(ProLogium)就曾推出一款采用软性电路板为基材的固态电池,其厚度可以达到惊人的2mm,相当于一小片口香糖的厚度,可以随意折叠弯曲,展开弄平整再进行使用。这么一块看似不起眼的电池,其容量可以达到1000毫安,而一个iPhone般大小的充电宝,其容量也就在5000毫安左右。
如果固态电池能够得到商业化应用,大众可以造出在续航上超越特斯拉的电动车,可穿戴电子设备也能够摆脱电池技术的束缚,其外观和形状都可以起到惊人的变化。
商业化路途漫漫
加拿大Avestor公司也曾尝试过研发固态锂电池,最终2006年正式申请破产。Avestor公司使用一种高分子聚合物分离器,代替电池中的液体电解质,但一直没有解决安全问题,在北美地区发生过几起电池燃烧或者爆炸事件。
Sakti3公司的联合创始人兼CEOAnnMarieSastry对外表示,Sakti3公司的固态电池采用薄膜沉积技术进行生产,这一技术也常用于平板显示器和光伏太阳能电池的生产,“将电池劈成两半或者把电池放在高温环境里,但电池仍能继续工作”,在她看来,Sakti3生产的固态电池在安全上已经完全可以放心。
“开发新技术不会是一个无阻碍的路径。我需要一个水晶球才能预测在开发过程中遇到的所有挑战。英国人有句话叫‘stickyourneckontheline’,就是硬着头皮去尝试一些新的和不同的东西。如果成功就太好了,但如果失败,你已经在过程中学习,可以再继续直到成功。”詹姆斯·戴森如此对记者评说他在这次投资中可能会遇到的风险。
此前,丰田曾经表示,希望到2020年,能在新能源车上应用固态电池技术。但丰田并没有将这一技术作为未来新能源的唯一出路,就在此前不久,它对外发布了首款量产的氢燃料电池汽车。
“固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一,但也许不是最好的。”上述新能源生产企业的技术人员告诉记者,“包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池在理念上都有较大的发展空间,而最终,要看哪种路线发展更快、更接地气。”所谓接地气,就是在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先,使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次,要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。
或许,现在最具考验的地方在于价格。据记者了解,液态锂电池的成本大约在200~300美元/千瓦时,如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池,其成本会达到1.5万美元,而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。
Sastry表示,固态电池生产成本居高不下的一个重要原因在于生产效率低下。按照Sastry的规划,Sakti3最终将会把电池的成本降低至100美元/千瓦时,不过,她并没有给出最终的时间。
从理论的提出时间来看,固态电池并不是一个新的概念,但多年来,研发上的进展并没有想象那么快速。韩国三星的一位技术人员认为,即便Sakti3最终能做到成本上的降低,电池从实验室到最终的量产也需要不短的时间。正如液态锂电池,在上世纪70年代,相关的理念和实验认证就在齐头并进地推进,但真正大规模的使用,已经是20世纪末了。
作者:杨海艳 来源:第一财经日报
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