固态电池终于在电动跑车上进行测试，科学家在努力解决技术难题

来源：腾讯网　2022-03-31 21:58:24

昨天，外网一个重磅消息，振奋人心，引发多方关注！

根据德国出版物Manager Magazin最近的一份报告，由固态电池供电的电动保时捷跑车正在开发测试中。

对于跑车来说，再生制动和放电的需求比普通电动汽车要求更高，因此，固态电池是一种非常理想的动力来源。

保时捷的母公司大众汽车一直是固态电池公司QuantumScape的长期投资者。大众此前曾表示，它认为固态技术即将问世，能够在短短 12 分钟内获得 80% 的电量。

顾名思义，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。它具有众多优势：更轻、更薄、更安全、尤其是能量密度更高（是锂离子电池的两倍以上）。

它能让电动汽车一次充电即可行驶数千公里，这就是为什么固态电池被业内人士称为“永远的电池”。此外，凭借更高的能量密度，固态电池可以更快地进行充电和放电，在低温下表现更好，并提供更多的耐用性。

学术界和电池制造商都在努力提高锂离子电池的能量密度，尽管也取得了许多突破，但是未来五年内上市的绝大多数电动汽车，续航里程或许很难令消费者满意。

我们熟知的三元锂电池，这种电池正极使用钴、镍、锰或铝。每种元素的比例各不相同，目标是减少昂贵、高需求的钴的数量，能量密度约为170-200Wh/kg。

磷酸铁锂电池（正极材料为磷酸铁锂）长期以来一直是电池制造商的最爱，磷酸铁锂电池使用丰富的矿物质，成本更低，并且在极端条件下不易着火。近年来在能量密度（130-150Wh/kg）方面的改进使得它们常常被用于低端和便宜的电动汽车中。

除了对高能量密度的正极材料的研发在紧锣密鼓地进行，大量研究也正在开发负极材料，如改用碳复合材料甚至硅以将能量密度提高到当今石墨负极的10倍。

但是电动汽车制造商却更青睐固态电池，大多数电动汽车制造商希望的突破是固态电池。

固态电池的大规模商业化受到两个因素的阻碍：固态电解质较低的电导率和界面不稳定性问题。

克服界面上出现的不稳定性对研究人员来说是最具挑战性的，这些不稳定性可能在这种电池的制造和电化学操作过程中发生。

科学家们说，有一种更好的方法来制造固态锂电池。通过研究电池制造过程，麻省理工学院的研究人员发现了一个在制造过程中微小但至关重要的污染问题，这可能会降低未来电池设计的复杂性。

他们使用了几种方法来解决这个问题。首先是一种称为“烧结”的制造技术，它将材料加热直到它们软化并变得更柔韧，但不将材料熔化，这有助于缩小间隙，使两个固体相互贴合。

其次，他们使用更柔软的涂层，有助于在两种固体材料之间形成更清洁的密封。

在这项新研究中，研究人员发现改进前一种方法可以帮助后者减少制造过程中的一个额外步骤，以及为电池添加特殊涂层所需的额外材料成本。他们说，秘诀在于去除在烧结步骤中被困在电池材料层之间的腐蚀性二氧化碳。

“因此，必须在烧结过程中去除二氧化碳，才能在电解质阴极界面处获得良好的接触，而不会形成第二相。在氧气中烧结是理想的，产生出色的化学稳定性和低界面电阻。”研究人员在最近发表在学术期刊《Advanced Energy Materials》上的一篇论文中解释道。

目前，固态电池的量产技术难度还是很大，国内曾经有专家预言，五年都很难看到固态电池量产。

无论如何，几家汽车制造商都对固态电池表现出了兴趣。

丰田正在大力开发可用于大批量生产的固态电池，他们计划在本世纪中期左右首先在混合动力车中使用固态技术。

日产最近还宣布计划在 2028 年左右开始使用固态电池。宝马和福特投资了初创公司 Solid Power，而现代、Stellantis和梅赛德斯-奔驰则支持了 Factorial Energy。

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作者为中国科学院博士，美国藤校研究员，科学技术控，接触一线科技研发，乐于分享，欢迎关注科技酷探。

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