NASA固态电池重大突破:能量密度约为特斯拉4680电池两倍

2022-10-12 23:22:34

  来自哈佛大学的华人教授李鑫与其学生叶露涵,研发的新型固态电池可重复使用1万次,充电速度最快3分钟,相较而言,目前最好的固态电池循环次数为2000—3000次。今年,Adden Energy融资515万美元。

  放眼全球,固态电池并不是一个全新的产物。传统的液态锂电池中,锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池完成充放电过程。固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态。

  早在2017年,总部设在加州安纳海姆的美国电动汽车公司Fisker发布了一项固态电池专利,充电1分钟,续航800公里。创始人Henrik Fisker表示,该公司的固态电池会在2023年量产,价格只有传统锂电池的三分之一。然而2021年,Henrik Fisker表示,已彻底放弃固态电池计划。

  目前,全球范围内唯一实现动力固态电池商业化的是法国博洛雷集团。2011年10月,博洛雷集团开始在其自主研发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”上搭载由BatScap制造的固态电池,共投入2900辆电动车。但这款固态电池包的容量只有30KWh,能量密度仅有110Wh/kg。

  首先是固态电解质的离子电导率较低,特别是在低温环境中。其次是电极—电解质的固固界面处的界面电阻大。此外,固态电池采用的预锂化硅碳负极或未来的金属锂负极、高镍正极、固态电解质等新材料,完全颠覆当前的液态锂电池体系,生产成本远高于目前对应的材料,降本之路极其艰巨漫长。

  据了解,目前固态电解质材料有三种主流体系:聚合物,例如将六氟磷酸锂掺杂到PEO中;氧化物,如锂钢锆氧化物,NASICON等;和硫化物,如LPSX。

  这三种材料路线中,聚合物体系的优点是高温离子电导率高,方便加工。但它在室温下离子电导率极低,制约了其发展。例如法国博洛雷牌固态电池就选用了聚合物体系,为了让电动车能在室温下正常工作,博洛雷集团特意为每辆车配载了加热器,发动前将电池系统升温至60℃至80℃。

  而氧化物体系的优点是综合性能佳,但电极之间的界面电阻高于聚合物体系。其中薄膜型产品对工艺技术要求苛刻,成本与规模化生产难度很大。非薄膜型产品是目前最可靠的电动汽车电池解决方案。

  硫化物体系的优点是离子电导率堪比液态电解质,这也是日韩公司丰田、本田、三星和中国电池巨头宁德时代选择的技术路线。但硫化物体系的开发进度处于最初级,生产环境限制和安全问题是最大的阻碍,无法商业化量产的风险也最高。

  尽管难度重重,然而,在追求未来锂电池能量密度和安全性的道路上,固态电池仍然被寄予了厚望。据了解,目前,全球范围内约有50多家制造企业、初创公司和高校科研院所在致力于固态电池技术的推进。

  欧美方面,宝马集团2022年向总部位于美国科罗拉多州的固态电池初创公司Solid Power投资了1.3亿美元,计划2025年前推出搭载固态电池的原型车,2030年前实现量产。

  梅赛德斯-奔驰公司今年与美国马萨诸塞州固态电池创业公司Factorial Energy达成了战略协议,将对其投资约10亿美元金额支持固态电池研发,并于2022年开始测试原型车,五年内实现小批量产。

  大众集团在2018年向位于美国硅谷的固态电池初创公司公司QuantumScape注资1亿美元,2020年又追加2亿美元。今年,大众集团宣布会在2025年在其电动车辆上使用固态电池。

  日韩方面,丰田公司在2008年就与固态锂电池创企伊利卡展开了合作,其计划在2025年推出采用固态电池的混合动力汽车。三菱、日产、松下等企业也都加速了固态电池布局。据了解,目前丰田公司拥有固态电池全球相关专利1331项,居全球第一,松下272项位居第二。

  国内方面,蔚来汽车在去年1月9日的Nio Day上发布锂能量密度为150Wh/kg的固态电池,其计划2022年第四季度实现量产。宁德时代方面此前表示,公司第一代固态锂电池的能量与目前的锂离子电池大致相同,预计2025年推出,第二代固态电池有望在2030年后推出。除此之外,孚能科技、蜂巢能源、赣锋锂业等国内企业也都宣布了固态电池的布局。

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