電力(li)(li)的(de)(de)發現(xian)改變了(le)世(shi)界，催生(sheng)了(le)一系列讓人們(men)的(de)(de)生(sheng)活(huo)更安(an)全、更健康(kang)、更高(gao)效、更愜(qie)意的(de)(de)發明。而電池則(ze)將這(zhe)一發現(xian)推向了(le)新高(gao)度，為人們(men)提供(gong)了(le)一種儲存電力(li)(li)并用以驅(qu)動移動設備的(de)(de)方式。

目前，鋰(li)離(li)子電池在(zai)市(shi)場上占據主(zhu)導地位(wei)，但更(geng)安全、容量更(geng)高(gao)的(de)(de)固態電池可(ke)能會(hui)成為未來世界的(de)(de)動(dong)力源泉，甚至(zhi)可(ke)能幫(bang)助人類擺脫氣候變化(hua)帶來的(de)(de)影響。

作(zuo)為下一代(dai)CeraCharge材(cai)料(liao)開(kai)發的固態電池(chi)單體(ti)。圖(tu)片來源：TDK官網

從小型電池入手

目(mu)前，已有少數小型固態(tai)電池在某些(xie)手表和醫(yi)療(liao)植入物中投入使用。

日本電(dian)(dian)子制(zhi)造商(shang)TDK宣布(bu)已成功研發出新版CeraCharge固(gu)(gu)態電(dian)(dian)池(chi)。其單元體積能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高達每升1000瓦時，約為TDK傳統固(gu)(gu)態電(dian)(dian)池(chi)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)的(de)100倍。TDK并未透露太多關于該電(dian)(dian)池(chi)專(zhuan)有技術的(de)細節，但已表明(ming)其采用了鋰合金陽(yang)極和基于氧化(hua)物的(de)固(gu)(gu)態電(dian)(dian)解質(zhi)，這(zhe)使其“極為安(an)全”。

新版CeraCharge電(dian)(dian)池(chi)的儲(chu)能能力預示著，更長(chang)續航(hang)或更緊湊設計(ji)即將成(cheng)為現(xian)實。此外，這款電(dian)(dian)池(chi)有(you)望(wang)成(cheng)為能量密度(du)高(gao)的一次性紐扣電(dian)(dian)池(chi)的可充電(dian)(dian)替代(dai)品。

TDK初步規劃將該(gai)電池應(ying)用于無線耳機、助聽器(qi)及智能手(shou)(shou)表(biao)等(deng)小型電子產品，同時(shi)表(biao)達了向智能手(shou)(shou)機等(deng)更(geng)廣闊(kuo)市場(chang)進軍(jun)的(de)愿望。

“隨著電(dian)池面積(ji)的(de)增加，制造均勻(yun)且高密度的(de)結構變得越來(lai)越困(kun)難，這會導致出現(xian)裂紋和變形等(deng)結構缺陷。”TDK能(neng)源開(kai)發(fa)部科長佐藤宏司表示，“TDK計(ji)劃(hua)先從小型(xing)電(dian)池入手，積(ji)累生產和實(shi)踐經驗，再(zai)逐(zhu)步探(tan)索大型(xing)電(dian)池的(de)商業化潛(qian)力。”

逐步邁向產業化

當(dang)前，盡管鋰離子電(dian)池在成本效益與性(xing)能上取得了顯(xian)著進步(bu)，但其充電(dian)時長(chang)限(xian)制、續航里程焦慮及(ji)安全隱憂仍成為(wei)阻礙電(dian)動(dong)汽(qi)車全面替代內燃(ran)機汽(qi)車的關鍵障礙。在此(ci)背景下，固(gu)態電(dian)池作為(wei)電(dian)動(dong)汽(qi)車技術革新的利器，正(zheng)從研發階段逐步(bu)邁(mai)向產業化。

2023年(nian)，豐(feng)田(tian)攜手(shou)日本能源公(gong)司(si)出(chu)光興產(chan)，宣布將于2027年(nian)至2028年(nian)啟動固(gu)態電池生產(chan)。

同樣看(kan)好(hao)固態(tai)(tai)電(dian)池(chi)的(de)還有梅賽德斯-奔馳公司(si)。該公司(si)認為(wei)，固態(tai)(tai)汽車(che)電(dian)池(chi)可提供的(de)續航(hang)里程(cheng)幾乎(hu)是鋰離子電(dian)池(chi)的(de)兩倍，他們計劃(hua)在2030年前將這種電(dian)池(chi)投入量產。

最近(jin)，大眾汽車旗下電(dian)池(chi)(chi)(chi)公司PowerCo與美國全固態電(dian)池(chi)(chi)(chi)開(kai)發商QuantumScape達(da)成戰略(lve)合作，引入固態鋰金屬電(dian)池(chi)(chi)(chi)技術，旨在每年(nian)生產(chan)滿足多達(da)100萬輛電(dian)動汽車所(suo)需的電(dian)池(chi)(chi)(chi)。

QuantumScape的獨(du)特技(ji)術(shu)結合了固體與(yu)液體電解質，有效規避(bi)了枝(zhi)晶問題(ti)，并有望將電動汽車的續(xu)航里(li)程從現有的500多公里(li)提(ti)升至(zhi)800公里(li)，這將進一步(bu)推動固態電池(chi)技(ji)術(shu)的商業化(hua)進程。

為電網儲能助力

當前，鋰離(li)子電池(chi)是(shi)電池(chi)儲能系統的(de)核(he)心，但(dan)固態(tai)電池(chi)以其卓越的(de)安全性、更(geng)長的(de)循環壽(shou)命及更(geng)高(gao)的(de)能量密度，被視為潛(qian)在的(de)更(geng)優解(jie)。不(bu)過，固態(tai)電池(chi)的(de)大規模應(ying)用尚(shang)需克服(fu)大尺寸電池(chi)制造成本高(gao)與工(gong)藝(yi)復雜等(deng)難題。

美(mei)國(guo)蜻蜓(ting)能源公(gong)司是嘗試解決這一(yi)問題的(de)公(gong)司之一(yi)。2023年，該公(gong)司獲(huo)得(de)了一(yi)項制造技(ji)術專利，有望(wang)為電(dian)網儲能領域(yu)固態(tai)電(dian)池的(de)制造掃(sao)除技(ji)術障礙。與(yu)此(ci)同時，美(mei)國(guo)電(dian)池制造商ION存(cun)儲系統公(gong)司已于(yu)(yu)今年4月啟動(dong)新工廠(chang)，專注(zhu)于(yu)(yu)生(sheng)產采用陶瓷電(dian)解質和鋰金屬陽極的(de)固態(tai)電(dian)池，滿足電(dian)網存(cun)儲、電(dian)動(dong)汽車(che)等多(duo)個(ge)領域(yu)需求。其目標是到2028年將產能擴大(da)到0.5吉瓦時。

材料形態多樣化

盡管配備固態電池的(de)電動汽車可能還需要(yao)幾年(nian)時(shi)(shi)間(jian)才能實現大規模商業化(hua)，甚(shen)至可能需要(yao)更(geng)長(chang)時(shi)(shi)間(jian)才能助力(li)構(gou)建清潔(jie)電力(li)網絡(luo)，但這項技術從科研象(xiang)牙塔穩步(bu)邁向工業化(hua)令人鼓舞(wu)。

今年1月，美國哈佛大(da)學研(yan)(yan)究人(ren)(ren)員推(tui)出了(le)一種陽極(ji)中含有硅的固態(tai)電(dian)(dian)池，該電(dian)(dian)池可(ke)在10分(fen)鐘(zhong)內完成(cheng)充(chong)電(dian)(dian)。7月底，丹麥研(yan)(yan)究人(ren)(ren)員報告稱，他們(men)開發(fa)了(le)一種由(you)巖石中發(fa)現的礦物質(zhi)(zhi)制成(cheng)的無鋰固態(tai)電(dian)(dian)池，其固態(tai)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)材料廉價、高(gao)效、環保，性能比固態(tai)鋰基電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)更好。

只要(yao)創新(xin)浪潮持續涌(yong)動，未(wei)來的世界將見證固(gu)態(tai)電池技術以多樣化的材料(liao)形態(tai)，賦(fu)予電動汽車(che)更(geng)持久的“生命力”、馳騁(cheng)更(geng)遠(yuan)的征(zheng)途，更(geng)將助力電網實(shi)現前(qian)所未(wei)有的清潔與穩定，引領人類(lei)邁(mai)向一個更(geng)加綠色、高效的能(neng)源新(xin)時代。