作為下一代CeraCharge材料開發(fā)的固態(tài)電池單體。圖片來源：TDK官網(wǎng)

【科技創(chuàng)新世界潮】

電力的發(fā)現(xiàn)改變了世界，催生了一系列讓人們的生活更安全、更健康、更高效、更愜意的發(fā)明。而電池則將這一發(fā)現(xiàn)推向了新高度，為人們提供了一種儲存電力并用以驅動移動設備的方式。

目前，鋰離子電池在市場上占據(jù)主導地位，但更安全、容量更高的固態(tài)電池可能會成為未來世界的動力源泉，甚至可能幫助人類擺脫氣候變化帶來的影響。

從小型電池入手

目前，已有少數(shù)小型固態(tài)電池在某些手表和醫(yī)療植入物中投入使用。

日本電子制造商TDK宣布已成功研發(fā)出新版CeraCharge固態(tài)電池。其單元體積能量密度高達每升1000瓦時，約為TDK傳統(tǒng)固態(tài)電池能量密度的100倍。TDK并未透露太多關于該電池專有技術的細節(jié)，但已表明其采用了鋰合金陽極和基于氧化物的固態(tài)電解質，這使其“極為安全”。

新版CeraCharge電池的儲能能力預示著，更長續(xù)航或更緊湊設計即將成為現(xiàn)實。此外，這款電池有望成為能量密度高的一次性紐扣電池的可充電替代品。

TDK初步規(guī)劃將該電池應用于無線耳機、助聽器及智能手表等小型電子產(chǎn)品，同時表達了向智能手機等更廣闊市場進軍的愿望。

“隨著電池面積的增加，制造均勻且高密度的結構變得越來越困難，這會導致出現(xiàn)裂紋和變形等結構缺陷。”TDK能源開發(fā)部科長佐藤宏司表示，“TDK計劃先從小型電池入手，積累生產(chǎn)和實踐經(jīng)驗，再逐步探索大型電池的商業(yè)化潛力。”

逐步邁向產(chǎn)業(yè)化

當前，盡管鋰離子電池在成本效益與性能上取得了顯著進步，但其充電時長限制、續(xù)航里程焦慮及安全隱憂仍成為阻礙電動汽車全面替代內燃機汽車的關鍵障礙。在此背景下，固態(tài)電池作為電動汽車技術革新的利器，正從研發(fā)階段逐步邁向產(chǎn)業(yè)化。

2023年，豐田攜手日本能源公司出光興產(chǎn)，宣布將于2027年至2028年啟動固態(tài)電池生產(chǎn)。

同樣看好固態(tài)電池的還有梅賽德斯-奔馳公司。該公司認為，固態(tài)汽車電池可提供的續(xù)航里程幾乎是鋰離子電池的兩倍，他們計劃在2030年前將這種電池投入量產(chǎn)。

最近，大眾汽車旗下電池公司PowerCo與美國全固態(tài)電池開發(fā)商QuantumScape達成戰(zhàn)略合作，引入固態(tài)鋰金屬電池技術，旨在每年生產(chǎn)滿足多達100萬輛電動汽車所需的電池。

QuantumScape的獨特技術結合了固體與液體電解質，有效規(guī)避了枝晶問題，并有望將電動汽車的續(xù)航里程從現(xiàn)有的500多公里提升至800公里，這將進一步推動固態(tài)電池技術的商業(yè)化進程。

為電網(wǎng)儲能助力

當前，鋰離子電池是電池儲能系統(tǒng)的核心，但固態(tài)電池以其卓越的安全性、更長的循環(huán)壽命及更高的能量密度，被視為潛在的更優(yōu)解。不過，固態(tài)電池的大規(guī)模應用尚需克服大尺寸電池制造成本高與工藝復雜等難題。

美國蜻蜓能源公司是嘗試解決這一問題的公司之一。2023年，該公司獲得了一項制造技術專利，有望為電網(wǎng)儲能領域固態(tài)電池的制造掃除技術障礙。與此同時，美國電池制造商ION存儲系統(tǒng)公司已于今年4月啟動新工廠，專注于生產(chǎn)采用陶瓷電解質和鋰金屬陽極的固態(tài)電池，滿足電網(wǎng)存儲、電動汽車等多個領域需求。其目標是到2028年將產(chǎn)能擴大到0.5吉瓦時。

材料形態(tài)多樣化

盡管配備固態(tài)電池的電動汽車可能還需要幾年時間才能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，甚至可能需要更長時間才能助力構建清潔電力網(wǎng)絡，但這項技術從科研象牙塔穩(wěn)步邁向工業(yè)化令人鼓舞。

今年1月，美國哈佛大學研究人員推出了一種陽極中含有硅的固態(tài)電池，該電池可在10分鐘內完成充電。7月底，丹麥研究人員報告稱，他們開發(fā)了一種由巖石中發(fā)現(xiàn)的礦物質制成的無鋰固態(tài)電池，其固態(tài)電解質材料廉價、高效、環(huán)保，性能比固態(tài)鋰基電解質更好。

只要創(chuàng)新浪潮持續(xù)涌動，未來的世界將見證固態(tài)電池技術以多樣化的材料形態(tài)，賦予電動汽車更持久的“生命力”、馳騁更遠的征途，更將助力電網(wǎng)實現(xiàn)前所未有的清潔與穩(wěn)定，引領人類邁向一個更加綠色、高效的能源新時代。（張佳欣）