很多年来，固态电池一直被认为是电动汽车和电子产品的良好能量来源，但到2022年，我们仍然没有看到它们的身影。在这期间，也出现了多种电池技术，但在能量密度、寿命以及安全性上都无法超越固态电池。这期就让我们走近固态电池跟电动汽车。
和清洁能源一样，人们一直渴望在电池技术上取得重大突破，新型固态电池不仅具有良好的能量密度、较长的寿命、 更高的安全性以及较低的成本，还可以最大程度地减少化石燃料的使用。现在使用最广泛的肯定是锂离子电池，但在它身上也有一些缺陷，首先，锂离子电池需要电池管理系统，以防止它们被过度充电或过度放电。这大大增加了制造成本和结构的复杂性。其次，伴随着充电次数的增加，锂电池会发生不可逆转的老化现象。而且它们的质量很重，几乎占整个设备总重的三分之一。最后，锂电池的造价很高，这也是研究人员在不断寻找新型电池技术的原因。
锂离子电池
锂电池由阳极、阴极和由聚合物制成，能起到物理隔板和绝缘作用的薄膜以及能跟阳极和阴极发生化学反应的电解质组成，带电粒子通过电解质在电极间的流动，就产生了电流。可是，液体电解质容易燃烧，有泄漏的风险，在高压下容易被分解，而固态电池所用到的是固态电解质，不含有任何液体，所以使用起来会更加安全。如果液态电解质电池被穿刺，很有可能发生爆炸。
相比之下，固态电解质不仅不易燃，即便在被穿刺的情况下，依旧可以正常运行不会发生泄漏和爆炸事故。此外，固态电池的能量密度几乎是锂电池的2.5倍，锂电池的重量大约是250-270WH/KG，这意味着固态电池的重量更轻，储存的能量也更多。研究人员还发现，固态电池的充电时间要比锂电池快4-6倍，这绝对是消费者的福音，毕竟充电时间也是考量电动汽车的一项重要指标。
固态电池工作示意图
2021年 QuantumScape公司宣布它们研发出了一种能量密度为1000WH/L的固态电池，它可以在15分钟内 充电至80%，重量大概在380-500WH/KG。这款电池预计会在2024年量产。与此同时，丰田跟松下也联合研发出了一款固态电池，它的续航里程是现阶段丰田锂电池的2倍，不过这款电池可能要到2025年之后才能量产。
这些电池技术听上去不错，但要很长时间之后，才能进入市场，那么现阶段固态电池的发展如何呢？2022年4月，日产宣布了自己的第一款固态电池方案，它们计划在横滨启动一条全新生产线，只是这款电池也仍处于原型阶段，它的大小只有2厘米左右，单层容量为20毫安时，为了提高电池性能，日产跟加州大学展开合作评估了十几万种材料，以找出那些更适合固态电池的材料。日产预测到2028年，它们可以将固态电池的价格控制在每千瓦时75美元左右，量产后，甚至可以把价格压缩到每千瓦时65美元。
日产固态电池
2022年1月，Quantum Scape公司宣布它们的单层锂金属固态电池可以将充电发热温度控制在25-45度之间，15分钟内可以将电池充满，在循环400次后，电池容量依旧可以保持在80%左右。这是一个很棒的数据，要知道在使用直流快速充电器时，30分钟也只能给锂电池充电至80%而已。如果每个充电循环可以行驶482公里（300英里），那400个循环的总行驶里程数就是192800公里（120000英里）。
虽然总行驶里程数据优秀，但总循环次数并没有达到800-1000次的行业标准，为了完成这一目标，Quantum Scape一直在尝试增加电池的层数。2022年5月，它们宣布研发出了一种16层的固态电池，能够进行500次充放电循环。但这还不够，Quantum Scape又投入了多条生产线，计划将产能提升到3700块/周。这是因为如果想要全面普及固态电池，除了技术层面的因素外，能否大规模量产同样重要。所以，如果到2030年之前固态电池仍无法量产，那就很难再有更大的作为了。
Quantum Scape固态电池
除了固态电池，还有很多种不同的电池技术也在试图突破能量密度、安全性以及制造成本带来的瓶颈。例如，德雷塞尔大学的研究人员发现，将硫注入锂电池可以有效减少钴镍锰的用量，这项技术主要用碳酸盐作为电解质。如果能解决硫的挥发问题，那理论上， 这种电池的循环寿命可以达到4000次左右。它的寿命几乎是QuantumScape固态电池的10倍，电池容量是锂电池的3倍，甚至比固态电池还要高20%。不过，这种锂硫电池并不完美，它的制造成本很高，现阶段每千瓦时的造价高达200美元。
除此之外，还有一种铌材料电池它支持6C充电速率，可以在10分钟内充电至80%，在循环3000次后，仍然可以保留80%的电池容量。这个数据，几乎是QuantumScape固态电池的8倍。当然，我们也不要忘记特斯拉全新一代4680电池，相比于传统的2170电池，它的容量提升了6倍，续航里程提升了16%，每千瓦时的电池成本下降了56%，固态电池的上市时间还是个未知数，而到2022年1月，已经有100万块4680电池在加州工厂被制造出来，特斯拉还计划将它们用在最新款的model y车型上，虽然它没有固态电池的那些优势，但也最大程度地降低了制造成本，提高了行驶里程。对于普通消费者来说，这也是完全够用的。
4680电池
上面提到的这些新型电池技术都在削弱着固态电池的市场。那么，到底什么才是我们最需要的呢？固态电池的宣传似乎有点被放大了，铌电池性能优异，但不知道还要多久 才能进入市场。锂硫电池仍处在早期阶段，成本是它最大的敌人。而4680电池已经量产，或许会抢得更广阔的市场空间。
那么你觉得固态电池会取得成功吗？
