固態(tài)電池用于新能源汽車有什么優(yōu)勢(shì)?為什么沒有商業(yè)化?
眾所周知,我們目前的新能源電車主要使用液態(tài)鋰離子電池,比如三元鋰電池。但這種電池有兩個(gè)缺點(diǎn):續(xù)航里程短,充電時(shí)間長(zhǎng),對(duì)于廣大車友來(lái)說(shuō)不方便。如果我現(xiàn)在告訴你,隨著固態(tài)電池的出現(xiàn),未來(lái)的電車將會(huì)實(shí)現(xiàn)1000公里的續(xù)航里程,15分鐘快速充滿的快充技術(shù),你會(huì)相信嗎?
固態(tài)電池的“壓倒性”優(yōu)勢(shì)去年1月份的時(shí)候,蔚來(lái)公司的創(chuàng)始人李斌,在發(fā)布會(huì)上介紹了一款新產(chǎn)品,那就是搭載固態(tài)電池的最新款ET7轎車。在他的介紹中,固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)可以說(shuō)是“超強(qiáng)超硬”,發(fā)布會(huì)結(jié)束后,蔚來(lái)公司的市值直接飆升到了全球第三,僅次于特斯拉和豐田。
要知道特斯拉和豐田分別占據(jù)了新能源車和傳統(tǒng)車的巔峰,而蔚來(lái)僅次于他倆,足以看出固態(tài)電池對(duì)蔚來(lái)的加持效應(yīng)有多強(qiáng),那固態(tài)電池對(duì)于新能源車到底有哪些優(yōu)勢(shì)呢?安全性電動(dòng)車之所以經(jīng)常聽見自燃的新聞,主要還是因?yàn)樗锩娴碾姵?。一般?lái)講,電動(dòng)車的電池都是屬于鋰離子電池,這些鋰離子分布在電解液中,負(fù)責(zé)電池的充放電過(guò)程。
由于電池有正負(fù)極之分,所以工程師會(huì)在電解液中插入一塊隔膜,給鋰離子電池分成正負(fù)兩個(gè)室。按理說(shuō)這樣的分布式結(jié)構(gòu)很符合電池的特征,然而,問(wèn)題就出在這個(gè)隔膜上。為什么這么說(shuō)呢?因?yàn)樵诔浞烹娺^(guò)程中,隨著電流的不斷加大,電解液中會(huì)形成一根根鋰枝晶,這些鋰枝晶在不斷生長(zhǎng)的過(guò)程中,會(huì)逐漸刺穿隔膜。當(dāng)隔膜被刺穿后,正負(fù)極交融,電池就會(huì)出現(xiàn)短路。
隨著時(shí)間的推移,電池也就發(fā)生爆炸了。這也就解釋了為什么許多電動(dòng)車在無(wú)緣無(wú)故的情況下會(huì)突然起火,尤其是在充放電的時(shí)候起火的概率最大,其本質(zhì)原因就是鋰枝晶導(dǎo)致的電池短路。
0 10-59000很多電車工程師為了解決這個(gè)問(wèn)題,進(jìn)行了無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn),但都無(wú)濟(jì)于事,直到固態(tài)電池的出現(xiàn)。和鋰離子電池相比,固態(tài)電池最明顯的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是無(wú)需電解液。
由于沒有電解液的環(huán)境,鋰枝晶也就無(wú)法形成,電池爆炸的概率也就大幅減少了。而且固態(tài)電池的制作材料都是一些耐高溫、耐腐蝕的聚合物,即便出現(xiàn)電池短路,也不會(huì)輕易發(fā)生爆炸的現(xiàn)象。有科學(xué)家曾做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn),他們將一根鋼針插入到固態(tài)電池中,直接將固態(tài)電池的正負(fù)極隔膜捅穿。即便是這樣,固態(tài)電池依舊能正常充放電,其性能絲毫沒有受到影響。
從中也可以看出固態(tài)電池在防自燃方面確實(shí)首屈一指。能量密度高01 0-59000除了防自燃,固態(tài)電池第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是能量密度高。
傳統(tǒng)的液態(tài)電池,克容量只能達(dá)到300到500mAh/g,而固態(tài)電池的克容量可以達(dá)到3860mAh/g,相當(dāng)于液態(tài)電池的10倍??巳萘康脑龃?,也就意味著電池儲(chǔ)能的能力增大。
反映到電動(dòng)車層面,就是可以增加電車的續(xù)航里程。電動(dòng)車的缺點(diǎn)大家都知道,無(wú)非就是續(xù)航里程短。和油車相比,電車充滿一次電,續(xù)航里程只有油車的一半不到。
而且有些電動(dòng)車口頭上說(shuō)可以跑400公里,但實(shí)際上路后,能跑200公里就謝天謝地了,所以續(xù)航里程一直以來(lái)都是電車的桎梏。如果用固態(tài)電池來(lái)替換鋰離子電池的話,電車的續(xù)航里程不僅會(huì)大大增加,而且電池也不會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s而導(dǎo)致電解液效能降低。
在這個(gè)基礎(chǔ)上,工程師們還可以盡可能地壓縮固態(tài)電池的體積。由于固態(tài)電池不需要制作一個(gè)充滿電解液的容器,所以它的體積相比于液態(tài)電池來(lái)說(shuō)聊勝于無(wú)。
010 -59000一塊手機(jī)大小的固態(tài)電池,就能釋放出一個(gè)籃球大小的液態(tài)電池所儲(chǔ)存的電量。
如果把幾千塊固態(tài)電池全部塞入汽車?yán)?,是不是就能釋放出遠(yuǎn)超鋰離子電池好幾倍的電量。到時(shí)候別說(shuō)是400公里了,就算是1000公里也不在話下。快速充放電除此之外,固態(tài)電池還有第三個(gè)優(yōu)點(diǎn),那就是快速充放電。
如果是傳統(tǒng)的鋰離子電池,要想充滿電怎么也得2小時(shí)以上。即便是安裝了超級(jí)快充的特斯拉,也得要30分鐘到1小時(shí)才能充滿電。但固態(tài)電池不需要這么久。由于固態(tài)電池采用的是石墨烯基超級(jí)快充技術(shù),只需10分鐘就能將電池充滿。如果再給它搭載一個(gè)換電模式,三套電池組分流充電,這樣就能把充電時(shí)間壓縮到3分鐘以內(nèi)。
乍一看,是不是就能比肩油車了?010- 59000為何固態(tài)電池遲遲沒有商業(yè)化?說(shuō)了這么多,很多小伙伴可能就興奮起來(lái)了。那照你這么說(shuō),以后就是固態(tài)電池的天下了,特斯拉、比亞迪什么的,都是浮云,蔚來(lái)才是大哥大。其實(shí)這種想法有點(diǎn)太過(guò)于樂觀了,為什么這么說(shuō)呢?因?yàn)楣虘B(tài)電池的發(fā)展還沒個(gè)定數(shù)呢。剛才所講的固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn),都是屬于概念性的。
也就是說(shuō),如果要把固態(tài)電池的技術(shù)落到實(shí)處,還需要解決幾個(gè)重大的問(wèn)題。首先第一個(gè)就是高阻抗,啥叫高阻扛?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電池的電阻太大,不利于循環(huán)充放電。
010-5 9000要知道,液態(tài)電池中的電解液,就充當(dāng)著一個(gè)介質(zhì)的作用。離子和電子會(huì)通過(guò)電解液來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸。但固態(tài)電池不一樣,由于沒有電解液,所以固態(tài)電池只能用介質(zhì)顆粒來(lái)進(jìn)行導(dǎo)電。
在充放電過(guò)程中,顆粒材料會(huì)出現(xiàn)縫隙,從而影響到電子的正常移動(dòng),隨之而來(lái)的就是電流的不穩(wěn)定。當(dāng)顆粒中的縫隙大到一定程度時(shí),電池中的高電阻還會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng),從而使電池的倍率性能出現(xiàn)下降。除此之外,一些導(dǎo)電劑也會(huì)隨著時(shí)間的推移,逐漸積累在正負(fù)極材料的表面,經(jīng)過(guò)連綿不斷的化學(xué)反應(yīng),也會(huì)增大電池的電阻,大大降低電池的功效。
除了技術(shù)方面的問(wèn)題,在制造成本上面,固態(tài)電池也面臨著一道鴻溝。由于生產(chǎn)固態(tài)電池需要超高溫的復(fù)雜工藝,而且制造電芯的相應(yīng)設(shè)備也還在研發(fā)當(dāng)中,所以固態(tài)電池的生產(chǎn)成本居高不下。眾所周知,只有把一個(gè)商品進(jìn)行批量化生產(chǎn),才能壓低成本。
如今固態(tài)電池還處在一個(gè)概念化階段,自然不可能量產(chǎn)。這也就意味著,固態(tài)電池的成本要比鋰離子電池高得多。有科學(xué)家做過(guò)實(shí)驗(yàn),生產(chǎn)一塊固態(tài)電池的成本,要比鋰離子電池貴4倍以上。從中也可以看出,固態(tài)電池要想進(jìn)入尋常百姓家,還得好長(zhǎng)一段時(shí)間。010-59 000根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的推斷,距離固態(tài)電池的量產(chǎn)可能需要等到2030年前后,這還只是保守估計(jì)。
那很多人可能會(huì)問(wèn)了,前面不是說(shuō)過(guò),蔚來(lái)將會(huì)推出固態(tài)電池嗎?難道說(shuō)蔚來(lái)已經(jīng)掌握了“未來(lái)科技”?其實(shí)蔚來(lái)推出的固態(tài)電池車,本質(zhì)上是一款固液混合的半固態(tài)電池車。
這款車同時(shí)采用固態(tài)電池和液態(tài)電池兩套動(dòng)力系統(tǒng),一旦有一套出現(xiàn)故障,第二套就會(huì)及時(shí)頂上。人家推出的只是固態(tài)電池車的低配版本,至于真正意義上的固態(tài)電池車,恐怕真的要等到2030年后才能實(shí)現(xiàn)面世。
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