固態(tài)電池可能最終會(huì)說服許多電動(dòng)汽車懷疑論者大步邁進(jìn)電動(dòng)汽車。

電動(dòng)汽車已經(jīng)在全球汽車產(chǎn)業(yè)中站穩(wěn)了腳跟。2020年，電動(dòng)汽車占全球乘用車銷量的比例不到5%。2021年，電動(dòng)汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)到9%，2022年增長(zhǎng)到14%。汽車制造商——無論大小——都在努力追趕并加入電動(dòng)汽車革命。

(資料圖)

盡管一些汽車制造商仍在追求氫燃料電池電動(dòng)汽車，但純電動(dòng)汽車在今天銷售的電動(dòng)汽車中占據(jù)了大部分。到2022年，全球約售出1050萬輛電動(dòng)汽車，其中73%是純電動(dòng)汽車，近27%是插電式混合動(dòng)力汽車。氫燃料可能會(huì)復(fù)蘇，但在可預(yù)見的未來，電池可能會(huì)成為電動(dòng)汽車的流行選擇。出于這個(gè)原因，汽車公司正在大力投資于合作伙伴關(guān)系和內(nèi)部研發(fā)項(xiàng)目，以將電動(dòng)汽車電池技術(shù)提升到一個(gè)新的水平。

純電動(dòng)汽車競(jìng)賽的下一個(gè)重大突破是固態(tài)電池，許多公司都在夜以繼日地努力使固態(tài)電池成為當(dāng)今電動(dòng)汽車電池的可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)的替代品。那么什么是固態(tài)電池呢？它與目前的電動(dòng)汽車電池有何不同？固態(tài)電池有什么好處？

什么是固態(tài)電動(dòng)車電池？

固態(tài)電動(dòng)汽車電池是一種使用固體電解質(zhì)材料在正（陰極）和負(fù)（陽極）電極之間傳輸鋰離子的儲(chǔ)能裝置。根據(jù)離子的流動(dòng)，電能要么被儲(chǔ)存（即在電池充電期間），要么被釋放（即在電池使用期間）。固體電解質(zhì)充當(dāng)傳輸介質(zhì)和電極之間的物理分離器。

如今的智能手機(jī)、電動(dòng)工具和電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車（混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(hev)、插電式電動(dòng)汽車(phev)或純電動(dòng)汽車(bev))目前使用的是帶有液體電解質(zhì)（鋰鹽）溶液的鋰離子電池。

固態(tài)電池比鋰離子電池好嗎？

固態(tài)電池有巨大的潛力成為目前液體電解質(zhì)鋰離子電池的更好替代品。固態(tài)電池有幾個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，即：

更高的能量密度更高的安全充電時(shí)間更短更大的工作溫度范圍長(zhǎng)壽命

?固態(tài)電池有更高的能量密度嗎？

今年的一些最新研究發(fā)現(xiàn)表明，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池的能量密度要高得多。目前，鋰離子電池的能量密度可以達(dá)到每公斤100到265瓦時(shí)(Wh/kg)。另一方面，美國(guó)宇航局的最新研究表明，固態(tài)電池可以達(dá)到500 Wh/kg。

那么，更高的能量密度對(duì)電動(dòng)汽車購(gòu)買者意味著什么呢？我們可以列出一些小好處（例如，你可以在車?yán)锝o更多的手機(jī)充電，或者開著空調(diào)坐在電動(dòng)汽車?yán)铮鹊龋?，但最重要的好處是行駛里程更長(zhǎng)。電動(dòng)汽車采用的主要挑戰(zhàn)之一是里程焦慮——電動(dòng)汽車司機(jī)擔(dān)心在車輛到達(dá)目的地之前，驅(qū)動(dòng)/牽引電池的電量會(huì)耗盡。

截至2023年，美國(guó)電動(dòng)汽車充滿電的平均續(xù)航里程為291英里。使用固態(tài)電池，電動(dòng)汽車的平均行駛里程可以達(dá)到近600英里。豐田的目標(biāo)是為其未來的電動(dòng)汽車提供續(xù)航里程為900英里的固態(tài)電池。

?固態(tài)電池更安全嗎？

根據(jù)去年2022年發(fā)表在《科學(xué)》上的一篇研究論文，固態(tài)電池通常被認(rèn)為比傳統(tǒng)的鋰離子電池更安全。沒有揮發(fā)性和可燃的液體電解質(zhì)，固態(tài)電池不容易發(fā)生火災(zāi)和有毒物質(zhì)泄漏。由鋰離子電池?zé)崾Э匾鸬碾妱?dòng)汽車火災(zāi)很難撲滅，特別是因?yàn)殇嚭退Y(jié)合產(chǎn)生的氫氣可能會(huì)進(jìn)一步助長(zhǎng)火勢(shì)。

?固態(tài)電池充電更快嗎？

固態(tài)電池比傳統(tǒng)鋰離子電池充電快，原因如下：

固體電解質(zhì)比液體電解質(zhì)具有更低的內(nèi)阻。固態(tài)電池具有更高的熱穩(wěn)定性，允許它們處理更高的充電電流。沒有可燃液體電解質(zhì)，固態(tài)電池的退化速度會(huì)更慢，制造商可以設(shè)計(jì)出更快的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)，而不必?fù)?dān)心與充電相關(guān)的電動(dòng)汽車火災(zāi)和縮短電池壽命。

目前，大多數(shù)電動(dòng)汽車需要30分鐘的充電時(shí)間，使用最快的3級(jí)直流充電器將電池從10%充電到80%。相比之下，豐田第一代全固態(tài)電池的目標(biāo)是在相同的充電狀態(tài)下充電10分鐘。

?固態(tài)電池能在寒冷天氣下工作嗎？

多年來，許多電動(dòng)汽車研究表明，電動(dòng)汽車在寒冷天氣下的性能不佳。其中一些問題包括充電緩慢、行駛功率較弱、行駛里程較短。

一般來說，鋰離子電動(dòng)汽車電池在華氏70度（21.5攝氏度）左右運(yùn)行最佳，但它們?cè)谌A氏50到86度（10到30攝氏度）之間仍然可以返回出色的結(jié)果。另一方面，固態(tài)電池理論上可以在-40到338華氏度（-40到170攝氏度）范圍內(nèi)高效工作。

誰在汽車上使用固態(tài)電池?

截至2023年7月，還沒有一家汽車制造商發(fā)布使用固態(tài)電池的量產(chǎn)車型。然而，在2020年，豐田展示了一款搭載固態(tài)電池的LQ概念原型車。

爭(zhēng)奪電動(dòng)汽車主導(dǎo)地位的競(jìng)爭(zhēng)正如火如荼地進(jìn)行，一些汽車公司正在大力投資開發(fā)固態(tài)電池，以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性、實(shí)用性和可負(fù)擔(dān)性。這些公司包括寶馬、福特、通用、本田、現(xiàn)代、奔馳、日產(chǎn)、保時(shí)捷、Stellantis集團(tuán)、豐田和大眾汽車。

豐田有固態(tài)電池嗎?

盡管豐田確實(shí)為L(zhǎng)Q概念車配備了固態(tài)電池，但由于成本、重量、續(xù)航里程和原材料供應(yīng)等因素，這些電池和電池組距離大規(guī)模生產(chǎn)階段還很遠(yuǎn)。然而，去年6月，豐田公布了期待已久的純電動(dòng)汽車戰(zhàn)略，其中包括非常有前景的全固態(tài)電池(assb)發(fā)展。

豐田計(jì)劃在2027年至2028年間推出第一代固態(tài)電池，這種電池可以提供大約740英里的行駛里程，從10%充電到80%只需10分鐘。第二代ASSB目前正在研究中，預(yù)計(jì)續(xù)航里程將超過900英里。

固態(tài)電池的壽命有多長(zhǎng)？

目前，許多電動(dòng)汽車制造商為傳統(tǒng)鋰離子電池提供8到10年或10萬英里的保修。盡管美國(guó)聯(lián)邦法律要求電動(dòng)汽車電池的保修期至少為8年，但不同汽車公司的保修期可能有所不同。例如，有些公司只有在電池完全失效的情況下才會(huì)提供更換電池的費(fèi)用，但日產(chǎn)、大眾和特斯拉等公司在保修期內(nèi)，如果電池的最大充電容量低于60%至70%，則會(huì)履行保修責(zé)任。

傳統(tǒng)鋰離子電動(dòng)汽車電池的實(shí)際使用壽命要比保修期長(zhǎng)得多。例如，特斯拉Model 3的電池設(shè)計(jì)續(xù)航時(shí)間為10至20年，即30萬至50萬英里。特斯拉已經(jīng)表明，它對(duì)電池壽命的估計(jì)不僅僅是口頭上的，因?yàn)?008款特斯拉跑車的電動(dòng)汽車電池在15年后的2023年將達(dá)到其使用壽命。

由于固態(tài)電動(dòng)汽車電池技術(shù)的新穎性，2021年進(jìn)行的測(cè)試顯示，固體電解質(zhì)太“脆”，無法承受傳統(tǒng)鋰離子電池可以承受的相同數(shù)量的充放電循環(huán)。然而，最近的研究表明，固態(tài)電池可以續(xù)航40萬英里。

此外，在此壽命期間，固態(tài)電池只有在大約10,000次循環(huán)后才會(huì)出現(xiàn)明顯的退化。相比之下，傳統(tǒng)的鋰離子電池在循環(huán)2000到3000次時(shí)開始退化。這意味著固態(tài)電池將能夠比鋰離子電池保持更長(zhǎng)的最大充電容量。

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