圖片來源：物理學家組織網

科技日報記者?劉霞

全固態電池被認為是下一代電動汽車真正意義上的動力電池，與目前廣泛采用的鋰電池相比，其充電更快、續航里程更長，安全性和壽命也有所提高。

鑒于此，多家汽車制造商紛紛押注全固態電池，如豐田公司將在2027年推出搭載全固態電池的電動汽車；寶馬公司承諾2025年前推出搭載全固態電池的電動汽車原型。

不過，也有專家認為，目前全固態電池“身價”比鋰電池高，搭載全固態電池的電動汽車要想“飛入尋常百姓家”，關鍵是要開發出新材料以及相應的量產工藝。

固態電池優勢多多

不同于目前作為電動汽車主流動力電池的液態鋰電池，全固態電池使用的固體電解質包括陶瓷、玻璃、硫化物或固體聚合物等。

與傳統電池相比，全固態電池擁有諸多“秘密武器”。

首先，全固態電池“塊頭”更小，“體重”更輕。其次，全固態電池能夠提供比傳統鋰離子電池高2.5倍的能量密度，可使設備長時間工作而不用頻繁充電。

此外，全固態電池充電時間更短，充電速度比目前的電池快4至6倍，且續航里程更長——充電不到10分鐘便可驅動汽車持續行駛1200公里，續航里程是現有電動汽車的2.4倍。

另外，由于采用不含任何易燃成分的固體電解質，全固態電池完全沒有起火風險，因此更加安全，壽命也更長。全固態電池還具有出色的熱穩定性，能夠承受較低或較高的溫度，在低溫環境中儲電能力強，使其在寒冷的冬日或長途旅行中獨具優勢。

據《美國汽車周刊》網站報道，由福特和寶馬支持的電池開發商Solid Power公司正致力于在其電池設計中使用硫化物基固體電解質代替傳統的液體電解質，與傳統鋰離子設計相比，其目標是提供更輕的電池和更高的能量密度。

日本富士經濟研究公司的數據顯示，全固態電池的市場規模將在2040年達到約264億美元。

汽車廠商開始布局

挪威科技大學材料科學與工程系教授丹尼爾·瑞滕沃德認為，全固態電池將成為未來電動汽車的動力電池。不少嗅覺敏銳的汽車廠商已經開始布局全固態電池。

今年年初，意大利極致公司推出了首款搭載固態電池的量產車，今年9月將挑戰紐北賽道紀錄。

日本豐田汽車公司在全固態電池研發領域處于領先地位，擁有超過1000項相關專利。2020年夏天，豐田開發的全球首輛搭載固態電池的汽車拿到牌照，并開展了上路實驗。豐田計劃在2025年前后將全固態電池用于其混合動力汽車。

豐田研究所首席科學家格瑞爾·普拉特表示，混合動力車所需的固態電池較小，成本更低，并可為新技術提供更好的測試平臺。

此外，日產汽車公司計劃在2028年前將搭載自主研發的全固態電池的電動汽車投放市場；寶馬汽車公司則計劃在2025年前發布搭載全固態電池的試驗車，2030年前實現量產。

據美國知名科技博客thenextweb.com報道，日本本田公司也計劃把研究重點放在全固態電池上。該公司計劃開發自己的生產線，2024年春季投入運營。德國大眾品牌計劃2024年開始批量生產全固態電池。梅賽德斯-奔馳公司計劃2025年將全固態電池集成到其乘用車中。美國通用汽車目前正在密歇根州建立華萊士電池創新中心，該中心將專注于鋰離子電池和固態電池的研發。

降低成本是關鍵

全固態電池并非完美無缺，高昂的成本是其商業化的主要瓶頸。

固態電池所使用的固態電解質大多需要使用極其昂貴的原材料進行制備。而固態電解質大多對空氣中的潮氣極度敏感，規模化生產后要維持低濕度就會提高生產成本。

《日本經濟新聞》指出，要普及全固態電池關鍵是要開發新的量產工藝。日本科學技術振興機構的估算結果顯示，硫化物固態電池的生產成本為每千瓦420美元到2450美元，比目前使用的鋰電池高出4到25倍。

中國科學技術大學馬騁教授團隊在原材料成本上取得了突破，他們發現了一種新型氧氯化物固態電解質。該新型固態電解質的綜合性能與目前最先進的硫化物和稀土基、銦基氯化物固態電解質相當，但其原材料成本價僅為每公斤7美元，遠低于硫化物和氯化物固態電解質每公斤190美元的成本價，并且也遠低于每公斤50美元這一適合商業化的閾值價格。

該研究成果發表于7月份出版的《自然·通訊》雜志。雜志審稿人表示，這一發現具有“新穎和原創性”，為全固態鋰電池的商業化應用開辟了新途徑。

全固態電池的這些“先天不足”如果能被逐一攻克并最終投入商用，全球電動汽車市場的格局或將被重塑。