中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶入電子設(shè)備的應(yīng)用至今，液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術(shù)路線之一，但在詹姆斯·戴森看來，“如今的電池技術(shù)已經(jīng)遇到一定的瓶頸”。
液態(tài)電池續(xù)航遇瓶頸
比如還沒上市的AppleWatch就被吐槽。12.8萬元的“土豪”價(jià)背后，被大眾認(rèn)為最應(yīng)提升的電池續(xù)航并沒有大幅突破，僅有18個(gè)小時(shí)?！斑@價(jià)格這續(xù)航，只能說買的就是情懷……”網(wǎng)友如是表示，“用買輛車的價(jià)格去買塊表，醉了，而且每天都要充電哦?！?
其實(shí)，不僅是可穿戴設(shè)備，包括智能家居，以及此前風(fēng)靡一時(shí)的新能源車新秀特斯拉（Tesla），都正因電池續(xù)航的瓶頸而遭受質(zhì)疑。近兩三年來，從硅谷走出來的車壇新秀Tesla可謂出盡風(fēng)頭。時(shí)尚大氣的外形設(shè)計(jì)、科技感十足的內(nèi)飾，而其不燒油、零排放的優(yōu)勢更被認(rèn)作為未來汽車行業(yè)的出路之一。但短短一年多時(shí)間，特斯拉已經(jīng)從人人膜拜的神壇上走了下來。雖說其外形夠拉風(fēng)，環(huán)保概念也夠時(shí)尚，但即便續(xù)航里程達(dá)到了無車能及的500KM，電池電量一旦耗盡，也還真是寸步難行。可是，Tesla創(chuàng)始人及CEO馬斯克也很無辜，電池續(xù)航里程不足是業(yè)界都無法解決的首要難題，再說在所有的新能源車中，特斯拉在續(xù)航里程上已經(jīng)是冠軍了。
或許，如今阻礙電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要的問題之一，不是產(chǎn)品本身技術(shù)，而是電池續(xù)航里程的提升。那么，為什么不能讓液態(tài)鋰電池的續(xù)航里程更長？
國內(nèi)某新能源生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員告訴記者，電池續(xù)航里程的長短在很大程度上取決于電池儲(chǔ)能能力即單位體積的能量密度。要提高電池的單位能量密度，一是提高工作電壓，二是提高電極材料的能量密度。當(dāng)工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對(duì)電極材料的能量密度提升。也就是說，鋰電池的發(fā)展遵循“一代材料，一代電池”的規(guī)律?，F(xiàn)有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負(fù)極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負(fù)極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。
也就是說，要大幅提升鋰電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。
固態(tài)電池的創(chuàng)新可能
不過，既然液態(tài)鋰電池的能量密度暫未能獲得大幅提升，那么，有別的更具優(yōu)勢的電池技術(shù)可以替代它嗎？
據(jù)外媒報(bào)道稱，大眾汽車CEO馬丁·文德恩(MartinWinterkorn)日前就在斯圖加特舉行的一個(gè)新聞發(fā)布會(huì)上表示，大眾汽車計(jì)劃在今年上半年作出決定，是否將美國初創(chuàng)企業(yè)QuantumScape正在開發(fā)的新電池技術(shù)用于大眾的電動(dòng)汽車上。
如果采用上述固態(tài)電池技術(shù)，大眾電動(dòng)汽車的續(xù)航里程將達(dá)到700公里，超過特斯拉ModelS以及現(xiàn)有的所有新能源汽車?；蛟S正因如此，早在2014年12月，大眾汽車公司收購了上述QuantumScape公司約5%的股權(quán)。
其實(shí)，不只是大眾。早在2010年，豐田就曾推出過續(xù)航里程可超過1000KM的固態(tài)電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態(tài)電池來取代傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池。
傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動(dòng)過程中，電池的充放電過程便完成了。固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存將會(huì)變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。
據(jù)其官方稱，Sakti3已制造出能量密度達(dá)1100瓦時(shí)/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(dá)大學(xué)的電池專家、材料科學(xué)教授凱文·瓊斯(KevinJones)認(rèn)為：如果電池蓄電量能像Sakti3提出的那樣多，那么電動(dòng)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(tài)電池還有另一項(xiàng)優(yōu)勢——在事故中損壞時(shí)不易爆炸或起火。要知道的是，在此之前，在新能源汽車領(lǐng)域與特斯拉同樣享有盛名的菲斯科，后來之所以會(huì)破產(chǎn)并慢慢銷聲匿跡，在很大程度上就是因?yàn)槠漕l繁出現(xiàn)的電池起火事件以及其他故障。
此前，臺(tái)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(tài)電池，其厚度可以達(dá)到驚人的2mm，相當(dāng)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(jìn)行使用。這么一塊看似不起眼的電池，其容量可以達(dá)到1000毫安，而一個(gè)iPhone般大小的充電寶，其容量也就在5000毫安左右。
如果固態(tài)電池能夠得到商業(yè)化應(yīng)用，大眾可以造出在續(xù)航上超越特斯拉的電動(dòng)車，可穿戴電子設(shè)備也能夠擺脫電池技術(shù)的束縛，其外觀和形狀都可以起到驚人的變化。
商業(yè)化路途漫漫
加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發(fā)固態(tài)鋰電池，最終2006年正式申請(qǐng)破產(chǎn)。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(zhì)，但一直沒有解決安全問題，在北美地區(qū)發(fā)生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。
Sakti3公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEOAnnMarieSastry對(duì)外表示，Sakti3公司的固態(tài)電池采用薄膜沉積技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，這一技術(shù)也常用于平板顯示器和光伏太陽能電池的生產(chǎn)，“將電池劈成兩半或者把電池放在高溫環(huán)境里，但電池仍能繼續(xù)工作”，在她看來，Sakti3生產(chǎn)的固態(tài)電池在安全上已經(jīng)完全可以放心。
“開發(fā)新技術(shù)不會(huì)是一個(gè)無阻礙的路徑。我需要一個(gè)水晶球才能預(yù)測在開發(fā)過程中遇到的所有挑戰(zhàn)。英國人有句話叫stick your neck on the line，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(jīng)在過程中學(xué)習(xí)，可以再繼續(xù)直到成功?！闭材匪埂ご魃绱藢?duì)記者評(píng)說他在這次投資中可能會(huì)遇到的風(fēng)險(xiǎn)。
此前，豐田曾經(jīng)表示，希望到2020年，能在新能源車上應(yīng)用固態(tài)電池技術(shù)。但豐田并沒有將這一技術(shù)作為未來新能源的唯一出路，就在此前不久，它對(duì)外發(fā)布了首款量產(chǎn)的氫燃料電池汽車。
“固態(tài)電池可能是未來電池技術(shù)的發(fā)展方向之一，但也許不是最好的?！鄙鲜鲂履茉瓷a(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員告訴記者，“包括燃料電池、超級(jí)電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發(fā)展空間，而最終，要看哪種路線發(fā)展更快、更接地氣。”所謂接地氣，就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面都能達(dá)到完美的平衡點(diǎn)。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(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。
或許，現(xiàn)在最具考驗(yàn)的地方在于價(jià)格。據(jù)記者了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時(shí)，如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)達(dá)到1.5萬美元，而足以為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人咋舌的9000萬美元。
Sastry表示，固態(tài)電池生產(chǎn)成本居高不下的一個(gè)重要原因在于生產(chǎn)效率低下。按照Sastry的規(guī)劃，Sakti3最終將會(huì)把電池的成本降低至100美元/千瓦時(shí)，不過，她并沒有給出最終的時(shí)間。
從理論的提出時(shí)間來看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但多年來，研發(fā)上的進(jìn)展并沒有想象那么快速。韓國三星的一位技術(shù)人員認(rèn)為，即便Sakti3最終能做到成本上的降低，電池從實(shí)驗(yàn)室到最終的量產(chǎn)也需要不短的時(shí)間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀(jì)70年代，相關(guān)的理念和實(shí)驗(yàn)認(rèn)證就在齊頭并進(jìn)地推進(jìn)，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀(jì)末了。
