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續航翻倍不是夢!豐田明年放大招,首推固態電池電動汽車

電動汽車最近幾年中發展迅猛,在節能環保同時也避免不了許多問題,例如電動汽車自燃、續航力不足、充電樁缺乏等。電動汽車種種硬傷帶來的負面效應也引起人們的關注,伴隨著補貼減少,國內電動汽車銷量也每況愈下。

然而在日本,全新的固態電池電動汽車即將推出,似乎要改變電動汽車歷史。據外媒報道,在東京車展開幕前夕,豐田執行總裁兼首席技術官寺島茂樹(Shigeki Terashi)透露,豐田將在 2020 年東京奧運會時推出一款搭載固態電池的新能源車型。

固態電池是一項全新的技術,與目前電動汽車普遍使用鋰離子電池相比,固態電池更安全、更持久,續航里程比目前最長的鋰離子電池至少翻一倍,達到 1000 公里以上。如果固態電池技術能成熟,電動汽車的充電時間從多達幾個小時削減至 10 分鐘左右,或許會加速內燃機汽車的退場。 

百年硬傷 

自 1884 年第一輛量產電動汽車誕生以來,電動汽車已經有超過百年的歷史。一百多年來,決定電動汽車命運的關鍵點一直都是電池。上世紀初,正式因為鉛蓄電池較短的續航里程和電池壽命,電動汽車在于內燃機汽車的競爭中敗下陣來。

時間進入新世紀,來自美國加州的鋼鐵俠馬斯克不遠萬里來到日本,“松下先生,請和我一起制造駛向未來的車吧。” 2004 年,特斯拉公司開始使用松下研發的鋰離子電池研發電動汽車,4 年后,特斯拉電動汽車正式問世。這是值得記住的里程碑事件,標志著電動汽車進去新紀元。

特斯拉的跨時代意義無需多說,它就像電動汽車界的蘋果,站在行業頂端,代表著最新、最潮、最快。然而,電動汽車若要代替燃油車成為主流用車選擇,還需要有可以相媲美的續航里程。能量密度,是核算續航的一個關鍵指標。

特斯拉采用的松下 18360 鋰離子電池,內部含有大量電解液。由于化學性質的限制,液態鋰電池的能量密度有個極限。因而,特斯拉汽車再怎么努力,也無法大幅提升鋰離子電池能量密度,續航里程遲遲不能突破 600 公里。

電池的開發進程,直接關系到電動汽車能否成為主流用車選擇。時隔百年,電池技術再次成為制約電動汽車發展的阻礙,延緩了電動汽車時代到來的步伐。 

固態與液態 

作為液態電池的延伸,固態電池被眾多業內專家看作解開當前困局的鑰匙。傳統液態鋰離子電池由正極材料、負極材料、液態電解質和隔膜材料組成。液態電解質在過度充電、內部短路等異常的情況下,電池容易發熱,造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸。近幾個月特斯拉、蔚來等電動汽車先后自燃爆炸,基本上都是因電解液引發。

固態電池沿用液態的正負極材料,只是將液態電解質替換成固態電解質,同時固態電解質本身充當了隔膜,省去了隔膜材料。在節省材料同時,也大大提高了電池安全性能。液態之所以容易發熱自燃,主要在于高溫下發生氧化分解和枝晶間電解質隔膜穿透。

固態電解質可以承受更高的溫度,全固態電池還能抑制枝晶產生,完美避開液態電解質缺點。固態電池在提高液態電池能量密度的同時,順帶也解決了安全性問題。

安全性能強、能量密度高,固態電池成為電動汽車邁向未來的希望。但是,把這份希望轉化為現實并不容易。固態電池電解質可分為聚合物型、氧化物型、硫化物型和鹵化物型,不同電解質各有優缺點。比如氧化物型電解質片容易脆裂,硫化物型遇水汽后容易形成硫化氫劇毒等。

因此,硫化物型固態量產時它比較難以掌控,需要在全線干燥的制程中完成。目前,硫化物型的代表正是豐田,正在想方設法解決抑制硫化氫氣體產生的難題。 

突破在豐田 

固態電池作為最有希望的下一代動力電池,各國都投入了大量的資金開展相關技術研究,意圖率先實現商業化搶占市場先機。如戴姆勒、豐田、菲斯科、寧德時代、中航鋰電、比亞迪、戴森、法國石油公司道達爾以及麻省理工大學和斯坦福大學的衍生企業等。

根據競爭對手、學界和專利數據,固態電池技術實現突破的最大希望在日本,日本最有希望突破的公司是豐田。全固態電池方面,日本擁有專利 657 件,占比 75%,領先優勢更加明顯。中國、韓國分別擁有專利 128 件、37 件;美國在全固態電池領域稍弱,僅擁有 29 件專利。

國內全固態電池專利持有主體以科研機構與高校為主,離商業化生產有一定距離,而日本專利主要由豐田、本田、日產等汽車公司持有,其中豐田擁有 233 項,遙遙領先于其他競爭對手。

在過去十年中,豐田在東富士研究中心部署多達 200 名員工,全力開發全固態電池技術。目前,豐田已經開始在數字鐘表、摩托車和傳送帶中嘗試固態電池提供動力。此外,豐田還與日產、本田聯合起來,將研究成果整合到了固態電池中,能夠提供 340 英里(折合547公里)續航里程的固態電池組。

當固態電池廠家克服技術難關后,擺在他們面前的還有成本難題。豐田執行總裁茂樹茂重也表示,雖然固態電池汽車將在 2020 年東京奧運會上首次亮相,但要等到 2025 年才能投入量產。從目前的形勢來看,普通消費者想開上安全性能好、續航里程強的固態電池電動汽車,至少還要等 5 年...

來源:我的極刻

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