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ued官网体育 - 固态电池的神话破灭?中科院揭示未来电池格局的潜在变革

近年来,固态电池被广泛视为新能源汽车的突破性技术,众多宣传承诺其充电十分钟便可实现千公里续航,极大地缓解了消费者对安全性的担忧。然而,随着时间的推移,行业的声音开始发生显著变化,越来越多的专家指出,关于固态电池的夸大宣传或许将被证明是空中楼阁,近期甚至有业内人士明确表示,真正的全固态电池在短期内完全无法实现商业化。这一现象被称为“固态电池神话破灭”。

全固态电池在量产过程中面临着三大关键技术障碍:首先是固-固界面的接触质量问题,其次是锂枝晶的生长仍未完全遏制,最后则是制造成本与良率的困境,现阶段,全固态电池的制造成本约为传统液态锂电池的三到六倍之高。不仅如此,许多汽车制造商所宣传的“固态电池”,实际上是半固态电池,其中仍含有少量电解液,远非真正的全固态设计。

若回顾过去几年全球电池领域的技术竞争,便能洞悉当前局势的起伏变化。自2010年以来,锂离子电池的价格降幅惊人,超过十倍的降价推动了全球电动汽车产量的激增。然而,尽管电动汽车市场兴旺,但消费者仍感到价格偏高,现阶段新款电动汽车的平均售价普遍高于同类型汽油车至少1.5万美元。据统计,交通运输业是全球最大的排放源,而电动车普及的最大障碍,依然是电池技术本身的瓶颈。 ued官网体育

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在电动汽车领域,锂离子电池尽管是当前唯一实现规模化生产的电池类型,但市面上也涌现出许多新兴电池技术的研发者,计划在未来十年内与锂离子电池展开竞争。业内达成了一致共识:要在降低制造成本与提高能量密度方面取得实质性进展,锂离子电池并非长远之计。就以2015年从斯坦福大学分拆而来的新兴公司Cuberg为例,其正在致力于开发锂金属电池,这种电池的能量密度可达到标准锂离子电池的两倍。

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锂金属电池的研究始于20世纪60年代,但一直受到技术瓶颈的制约,直到近年才展现出良好的商业前景。例如,电池巨头Northvolt于2021年收购了Cuberg,并计划将其锂金属电池应用于汽车制造。锂电池的基本结构由负极阳极、正极阴极以及中间的导电电解质构成。在锂离子电池中,电解质采用锂盐和有机溶剂,这一体系使得带正电的锂离子能够从石墨阳极传输至由钴、镍和锰构成的阴极。锂的含量越高,电池的能量密度也随之提高。在锂金属电池中,其阳极更是由纯锂构成,这是理想电池设计的巅峰,该设计避免了额外的重量和体积,大幅提升了储能能力。

尽管电池专家们数十年前就意识到锂金属的潜力,但由于阳极表面容易形成枝晶,该技术一直未能实现。在充电过程中,表面会生成针状结构,可能导致短路现象的发生,这显然是电池设计的大忌。正因如此,早在20世纪90年代初,锂金属电池一度被暂时搁置。但Cuberg采用独特的电解质技术成功应对了这一挑战,发展出一种新的化学稳定电解质,可以在锂金属表面形成极佳的保护层。 ued官网体育

Cuberg及其竞争对手QuantumScape和Solid Power在技术路线上的关键区别在于,Cuberg仍采用液态电解质,这使得该公司电池在生产上与现有锂离子电池的兼容性大幅提升。Cuberg只需进行微小的设备调整,便能够借助超过95%的现有锂离子制造工艺进行新电池的生产。这一技术优势,使得Cuberg在实现规模化生产与商业化的道路上,较固态电池的对手更具竞争力。

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对于Cuberg而言,其首批客户主要来自航空行业,因该领域正快速崛起短途电动飞机市场。与波音公司及若干航空初创企业如Beta Technologies和Ampaire的合作,逐步显现出其应用潜力。当前的锂离子电池在航空领域的表现不尽如人意,其重量使得承载更大乘客和更长航程的能力受到限制。解决这一问题是Cuberg选择聚焦航空业的重要原因,因为航空行业对高性能电池的需求显著,更愿意支付溢价以获取最佳性能。

尽管有预测显示要让其技术达到与锂离子电池在成本上竞争的水准尚需时日,预计在2027年或2028年这一目标将成为现实。一旦实现了更高的能量密度,车辆设计的复杂性将显著降低,每千瓦时的生产步骤减少,从而在投入的材料、人工及能源成本上都能实现节省。目前,锂离子电池组的成本大致为每千瓦时108美元,为了达到与普通汽油车的平价,电池组成本需降低至每千瓦时约80美元。Cuberg表示,如其实现规模化生产,其电池组的成本将比锂离子电池低10%至20%。 ued官网体育