最近,关于全固态电池的消息可以说是接二连三,让所有关心新能源汽车发展的朋友们都精神为之一振。
先是中国科学院的两个不同研究团队,几乎在同一时间宣布在关键技术上取得了重大突破;紧接着,汽车巨头丰田公司又一次高调地公布了其全固态电池电动车的量产计划。
这一连串的动作,让很多人心里犯嘀咕:喊了这么多年的“狼”,这次是不是真的要来了?
我们离那个充电几分钟、续航上千公里的电动车时代,到底还有多远?
要说清楚这件事,我们得先用大白话聊聊,这个全固态电池到底是个什么东西,为什么值得大家这么期待。
其实,它就是我们现在电动车里用的锂电池的升级版,而且是一次革命性的升级。
现在我们车里的电池,内部填充着液体电解质,您可以把它想象成电池内部流淌的“血液”,负责运送电荷。
但这种液体“血液”天生就有两个毛病,一是比较娇气,怕冷怕热,而且是可燃的,这就带来了大家最担心的安全隐患问题。
二是它占地方,能量密度有上限,所以我们总是在为续航里程焦虑。
全固态电池的思路就非常直接,它用一整块固态的电解质,替换掉了这些液体的“汤汤水水”。
这么一换,好处是显而易见的。
首先,安全性得到了根本性的提升。
没有了可燃液体,电池就变得像一块“板砖”一样稳定,穿刺、碰撞等极端情况下发生热失控的风险被降到了最低。
其次,因为固态电解质更稳定,就可以搭配能量密度更高的正负极材料,比如金属锂负极。
这就好比原来一个饭盒只能装一碗米饭,现在换了个新饭盒,不仅更坚固,还能压进去两碗甚至三碗米饭,电池的“饭量”大了,续航里程自然也就成倍增长。
再加上充电速度更快、工作温度范围更广、使用寿命更长等一系列优点,它被公认为下一代动力电池技术的终极方向,是解决目前电动车所有痛点的关键。
然而,理想很美好,现实却一直很骨感。
这块“硬骨头”之所以难啃,主要卡在几个核心难题上。
第一是成本太高,制造固态电解质的关键原材料,在早期比黄金还要昂贵,这显然无法大规模应用。
第二是工艺极其复杂,要把几个固态的材料严丝合缝地压在一起,保证它们之间有完美的接触,这在技术上非常困难。
接触不好,电荷的传输就会受到巨大阻碍,电池性能大打折扣,这就是专业上说的“界面阻抗”问题。
第三则是一个叫“锂枝晶”的“心腹大患”。
在充放电过程中,锂离子容易在负极表面不均匀地沉积,形成针状的结晶,就像电池内部长出了微小的尖刺,一旦刺穿了隔膜,就会造成电池内部短路,引发严重的安全事故。
正因为这些难题的存在,全固态电池的量产之路才显得那么漫长。
不过,最近我们国家科研团队取得的突破,可以说是精准地打在了这些痛点上。
中国科学院金属研究所的团队,巧妙地利用高分子材料的特性,研发出一种新型材料。
这种材料就像一种分子级别的“强力双面胶”,它既能像固体一样稳定,又具备一定的柔性,能够让电极和固态电解质紧密地贴合在一起,大大缓解了“界面阻抗”这个老大难问题。
更厉害的是,用这种材料做出来的电池,能量密度提升了86%,而且可以反复弯折两万次性能都不衰减,展现了巨大的应用潜力。
与此同时,中国科学院物理研究所的黄学杰研究员团队,则从另一个角度攻克了难题。
他们开发出一种“阴离子调控技术”,通俗点说,就是找到了一种管理和约束锂离子的新方法,让它们在充放电时能够规规矩矩地排列,而不是到处乱跑形成危险的“锂枝晶”。
基于这项技术制造出来的电池原型,在经过数百次循环充放电后,性能依然非常稳定,其表现远超了现有的同类电池水平。
这两项来自我们中国科学家的成果,都是从最基础的科学原理上解决了核心障碍,为全固态电池的产业化铺平了道路,意义非凡。
看完了实验室里的好消息,我们再把目光转向产业界。
丰田作为全球拥有固态电池专利最多的企业,这次的行动也显得格外认真。
他们宣布与住友金属矿山达成合作,共同为量产全固态电池的正极材料而努力,并且给出了一个明确的时间表:计划在2027到2028年,正式推出搭载全固态电池的纯电动汽车。
虽然丰田过去也曾多次调整其量产计划,但这次伴随着真金白银的投资、建立新工厂以及与上游材料企业深度绑定等一系列实际行动,表明其产业化进程已经真正启动。
综合来看,无论是科研层面的基础突破,还是产业层面的加速布局,都预示着全固态电池正在从一个遥远的概念,加速向我们走来。
当然,我们也要保持一份理性的期待。
任何一项颠覆性技术从实验室走向市场,都需要一个过程。
丰田提出的2027年,或许我们可以看到首批搭载这项技术的、可能价格不菲的车型问世,但这就像是技术黎明前的一缕曙光。
要让它真正照亮寻常百姓家,让大多数消费者都能买得起、用得上,成本的下降是必不可少的一环。
令人欣慰的是,成本下降的趋势已经非常明显。
以关键材料硫化物固态电解质为例,其价格在过去几年里,已经从每公斤七八万元的高价,下降到了现在的一两万元。
根据行业预测,到2030年,其成本有望进一步降低到每公斤几百元的水平。
当核心材料的成本不再是天文数字,大规模生产带来的规模效应和工艺成熟,必将推动全固态电池的最终普及。
所以,一个更现实的预测可能是,到2030年左右,我们将真正迎来一个由全固态电池驱动的、全新的电动出行时代。
而在这场全球瞩目的技术竞赛中,我们欣喜地看到,凭借着科研人员的奋力攻关和完整产业链的强大支撑,我们的国产品牌正站在一个前所未有的有利位置,去争夺未来技术的主导权。
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