很多年來，固態電池一直被認為是電動汽車和電子產品的良好能量來源，但到2022年，我們仍然沒有看到它們的身影。在這期間，也出現了多種電池技術，但在能量密度、壽命以及安全性上都無法超越固態電池。這期就讓我們走近固態電池跟電動汽車。
和清潔能源一樣，人們一直渴望在電池技術上取得重大突破，新型固態電池不僅具有良好的能量密度、較長的壽命、 更高的安全性以及較低的成本，還可以最大程度地減少化石燃料的使用。現在使用最廣泛的肯定是鋰離子電池，但在它身上也有一些缺陷，首先，鋰離子電池需要電池管理系統，以防止它們被過度充電或過度放電。這大大增加了製造成本和結構的複雜性。其次，伴隨著充電次數的增加，鋰電池會發生不可逆轉的老化現象。而且它們的質量很重，幾乎占整個設備總重的三分之一。最後，鋰電池的造價很高，這也是研究人員在不斷尋找新型電池技術的原因。
鋰離子電池
鋰電池由陽極、陰極和由聚合物製成，能起到物理隔板和絕緣作用的薄膜以及能跟陽極和陰極發生化學反應的電解質組成，帶電粒子通過電解質在電極間的流動，就產生了電流。可是，液體電解質容易燃燒，有泄漏的風險，在高壓下容易被分解，而固態電池所用到的是固態電解質，不含有任何液體，所以使用起來會更加安全。如果液態電解質電池被穿刺，很有可能發生爆炸。
相比之下，固態電解質不僅不易燃，即便在被穿刺的情況下，依舊可以正常運行不會發生泄漏和爆炸事故。此外，固態電池的能量密度幾乎是鋰電池的2.5倍，鋰電池的重量大約是250-270WH/KG，這意味著固態電池的重量更輕，儲存的能量也更多。研究人員還發現，固態電池的充電時間要比鋰電池快4-6倍，這絕對是消費者的福音，畢竟充電時間也是考量電動汽車的一項重要指標。
固態電池工作示意圖
2021年 QuantumScape公司宣布它們研發出了一種能量密度為1000WH/L的固態電池，它可以在15分鐘內 充電至80%，重量大概在380-500WH/KG。這款電池預計會在2024年量產。與此同時，豐田跟松下也聯合研發出了一款固態電池，它的續航里程是現階段豐田鋰電池的2倍，不過這款電池可能要到2025年之後才能量產。
這些電池技術聽上去不錯，但要很長時間之後，才能進入市場，那麼現階段固態電池的發展如何呢？2022年4月，日產宣布了自己的第一款固態電池方案，它們計劃在橫濱啟動一條全新生產線，只是這款電池也仍處於原型階段，它的大小只有2厘米左右，單層容量為20毫安時，為了提高電池性能，日產跟加州大學展開合作評估了十幾萬種材料，以找出那些更適合固態電池的材料。日產預測到2028年，它們可以將固態電池的價格控制在每千瓦時75美元左右，量產後，甚至可以把價格壓縮到每千瓦時65美元。
日產固態電池
2022年1月，Quantum Scape公司宣布它們的單層鋰金屬固態電池可以將充電發熱溫度控制在25-45度之間，15分鐘內可以將電池充滿，在循環400次後，電池容量依舊可以保持在80%左右。這是一個很棒的數據，要知道在使用直流快速充電器時，30分鐘也只能給鋰電池充電至80%而已。如果每個充電循環可以行駛482公里（300英里），那400個循環的總行駛里程數就是192800公里（120000英里）。
雖然總行駛里程數據優秀，但總循環次數並沒有達到800-1000次的行業標準，為了完成這一目標，Quantum Scape一直在嘗試增加電池的層數。2022年5月，它們宣布研發出了一種16層的固態電池，能夠進行500次充放電循環。但這還不夠，Quantum Scape又投入了多條生產線，計劃將產能提升到3700塊/周。這是因為如果想要全面普及固態電池，除了技術層面的因素外，能否大規模量產同樣重要。所以，如果到2030年之前固態電池仍無法量產，那就很難再有更大的作為了。
Quantum Scape固態電池
除了固態電池，還有很多種不同的電池技術也在試圖突破能量密度、安全性以及製造成本帶來的瓶頸。例如，德雷塞爾大學的研究人員發現，將硫注入鋰電池可以有效減少鈷鎳錳的用量，這項技術主要用碳酸鹽作為電解質。如果能解決硫的揮發問題，那理論上， 這種電池的循環壽命可以達到4000次左右。它的壽命幾乎是QuantumScape固態電池的10倍，電池容量是鋰電池的3倍，甚至比固態電池還要高20%。不過，這種鋰硫電池並不完美，它的製造成本很高，現階段每千瓦時的造價高達200美元。
除此之外，還有一種鈮材料電池它支持6C充電速率，可以在10分鐘內充電至80%，在循環3000次後，仍然可以保留80%的電池容量。這個數據，幾乎是QuantumScape固態電池的8倍。當然，我們也不要忘記特斯拉全新一代4680電池，相比於傳統的2170電池，它的容量提升了6倍，續航里程提升了16%，每千瓦時的電池成本下降了56%，固態電池的上市時間還是個未知數，而到2022年1月，已經有100萬塊4680電池在加州工廠被製造出來，特斯拉還計劃將它們用在最新款的model y車型上，雖然它沒有固態電池的那些優勢，但也最大程度地降低了製造成本，提高了行駛里程。對於普通消費者來說，這也是完全夠用的。
4680電池
上面提到的這些新型電池技術都在削弱著固態電池的市場。那麼，到底什麼才是我們最需要的呢？固態電池的宣傳似乎有點被放大了，鈮電池性能優異，但不知道還要多久 才能進入市場。鋰硫電池仍處在早期階段，成本是它最大的敵人。而4680電池已經量產，或許會搶得更廣闊的市場空間。
那麼你覺得固態電池會取得成功嗎？
