固态电池——充电1200分钟续航10公里：何时量产？

最近，2014-2018 年，世界见证了固态电池（STA）生产的真正繁荣。此外，无论是家用电器、小工具还是电动汽车。


例如，2016年，菲斯克公司（今年申请破产）的负责人承诺： 电动车 有了 TTA，他们将能够在不充电的情况下行驶 500 英里；六个月后，这个数字下降到 400 英里，然后是 300 英里。戴森首席执行官 J. Dyson 在 2017 年保证，他的公司已经在固态电池领域投入了两年多的时间。不过，他没有回答他的电动汽车是否会配备TTA的问题，TTA计划于2021年发布。 2019年秋季，该项目被终止。


但中国人走得最远：2018年，初创公司青陶能源发展有限公司的一位领导人公开宣布，一条生产TTA的生产线已在昆山部署。该项目投资144亿美元。到2020年，该线路的产能将达到每年700兆瓦时。这意味着生产的电池将足够约14辆电动汽车使用。但截至今天，还没有听到任何有关结果的消息。


大众、宝马和丰田公司的代表当时的言论更加谨慎。第一个谈到TTA的量产不早于2025年。投资额达100亿美元。这家巴伐利亚汽车制造商已与初创公司 Solid Power（美国）达成协议。现代汽车报道称，它正在开发一个组织 TTA 生产的项目，但没有给出最后期限。


从那时起，热情的强度有所减弱，大流行“发挥了作用”。但人们对生产能源密集型电池的兴趣并未消退。我们稍后会讨论这个问题，但首先有必要弄清楚这是什么“野兽”——固态电池。非液体电解质早在 19 世纪就已为人所知。然而，直到本世纪和上世纪之交，人们才重新对它产生了浓厚的兴趣。

简单来说固态电池

它们的生产采用了一种特殊的技术，称为：固态电池。翻译自英语 - “坚固的电池”。 TTA 与其前身的主要区别在于使用了电解质，这是一种复合（聚合物）材料。最常见的是硫化物、无机氧化物或陶瓷。每个开发人员都有自己的公式，并对其保密。


锂离子电池使用液体、凝胶或浸渍材料。但固态电池的工作原理是相同的：充电时，离子从阴极（其作用由空气、金属或硫发挥作用）移动到阳极（可以由锂制成），当容量消耗时，反之亦然。颗粒的运动是通过电解质进行的。我们来评估一下固态电池的优缺点。

更好的能量密度和更快的补充

与锂离子电池相比，TTA 每单位体积（重量）能够存储更多的容量。简单地说，相同重量和尺寸的固态电池将为电动汽车提供更长的续航里程（行驶里程将增加20-30%）。如果我们以锂离子电池汽车行驶的距离来计算，那么尺寸和重量要小得多的 TTA 就能保证相同的距离。


固态电池的充电速度比锂离子电池快。这一切都与更好的电流传导性有关，根据欧姆定律，这与较低的内阻相关。更详细地讨论电池充电速度方面的现代成就是有意义的。

谁最接近TTA量产？

去年秋天，丰田宣布该公司与出光（日本石油公司）合作取得了技术“突破”，并准备在 2027 年开始大规模生产 TTA。得益于新电池，电动汽车的续航里程将达到1200公里，充电时间将缩短至10分钟。这家日本汽车制造商自 2006 年以来一直在开发固态电池。


今年秋天，台湾辉能科技公司的代表宣布生产出世界上第一个采用复合硅阳极的电池。 60 分钟内电池可补充 5% 的电量。这足以让电动汽车行驶约 300 公里。


该固态电池于今年2023月在巴黎举行的年度汽车展上进行了展示。展会上，辉能科技代表表示，“自XNUMX年以来，我们在提高电池能量密度和充电速度方面一直优于竞争对手”。


不过，目前还没有关于新产品开始量产或价格的报道。您还可以注意到日产汽车，该公司已承诺在 2028 年开始大规模生产自己的固态电池。而在中国，CASIP计划已在国家层面出台，规定到2030年将TTA引入流水线生产。

成本低、安全

第一个优点是减少了钴等昂贵成分的使用。固态电池的组件非常少：缺少隔板和一些其他元件。锂离子电池的尺寸和重量较大。 TTA不需要冷却，使用寿命更长，并且在持续充放电过程中磨损很小。


与锂离子电池相比，此类电池对环境的危害较小。后者含有氟化合物，如果电池损坏甚至过载，氟化合物就会释放出来。此外，TTA 的自放电程度非常低；它们不会爆炸或自燃：电解液不会从其中溢出。创新电池的优点就到此为止了，那么缺点呢？

TTA 的缺点

第一个问题是制造的复杂性：产品需要使用精密的技术。必须使用具有均匀结构的固体电解质来提供所需的密度。最轻微的杂质会急剧降低产品的可靠性和效率。

现在正在积极解决的下一个缺点是对氧气、水分和低温的高度敏感性。在寒冷气候下，TTA 会出现问题：容量会下降。电池必须被加热，或者必须开发具有不同固体电解质的产品。还有一个缺点——缺乏世界标准。这可能会成为不同类型 TTA 与特定电动汽车车型兼容的障碍。


TTA制造商与政府机构、汽车公司和其他利益相关方之间的合作是必要的。然而，值得一提的是：目前固态电池的所有优点和缺点尚未得到研究，因为没有长期的使用经验。

结论和概括

生产系列电动汽车的领先汽车制造商坚信 TTA 是未来。对 TTA 项目的大量投资间接证明了这一点。正如我们上面所写，丰田计划在 2025-27 年实现大规模生产。


大众汽车也表示了同样的时机，该公司投资了正在开发陶瓷电池的美国QuantumScape公司。现代、起亚、梅赛德斯、Stellantis 优先选择 Factorial Energy（美国），该公司生产基于聚合物的固态电池。我们可以得出结论：许多世界领先的汽车制造商都相信，即使在2030年之前，配备串行TTA的电动汽车也将出现在市场上。